CAD-based and CAD-free Aerodynamic Shape Optimization of Turbomachinery Blade Rows using the Adjoint Method

DSpace/Manakin Repository

Show simple item record

dc.contributor.author Vasilopoulos, Ilias en
dc.contributor.author Βασιλόπουλος, Ηλίας el
dc.date.accessioned 2020-07-23T06:20:48Z
dc.date.available 2020-07-23T06:20:48Z
dc.date.issued 2020-07-23 en
dc.identifier.uri https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/50911
dc.identifier.uri http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.18609
dc.description.abstract This PhD thesis deals with the gradient-based aerodynamic shape optimization of 3D turbomachinery blade rows, where the sensitivity derivatives of the objective functions with respect to (w.r.t.) the design variables are computed by coupling a new discrete adjoint CFD solver with a differentiated CAD model. First, to increase the efficiency of the Rolls-Royce in-house Hydra adjoint code, an implicit iterative solution scheme is developed (replacing the pre-existing explicit one) and the resulting implicit adjoint solver accelerates the convergence significantly. Then, a node-based CAD-free parameterization as well as alternative CAD-based approaches for computing geometric sensitivities (and, thus, making the shape optimization steps fully compatible with the CAD model) are tested and evaluated according to industrial design requirements (such as geometric constraints' imposition). All the developed tools are incorporated into gradient-based optimization workflows, which are demonstrated on the examined applications. Finally, to be able to optimize w.r.t. more than one objectives, a new multi-objective optimization method is developed, which traces the Pareto front in an efficient way using Hessian approximations computed by the BFGS iterative scheme. en
dc.rights Default License
dc.subject Computational Fluid Dynamics, Discrete Adjoint Method, Shape Optimization, Turbomachinery Blade Rows, Computer Aided Design en
dc.subject Υπολογιστική Ρευστοδυναμική, Διακριτή Συζυγής Μέθοδος, Βελτιστοποίηση Μορφής, Πτερυγώσεις Στροβιλομηχανών, Σχεδιασμός με Υπολογιστή el
dc.title CAD-based and CAD-free Aerodynamic Shape Optimization of Turbomachinery Blade Rows using the Adjoint Method en
dc.title Αεροδυναμική Βελτιστοποίηση Μορφής Πτερυγώσεων Στροβιλομηχανών με τη Συζυγή Μέθοδο, με και χωρίς χρήση CAD el
dc.contributor.department Τομέας Ρευστών, Εργαστήριο Θερμικών Στροβιλομηχανών, Μονάδα Παράλληλης Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής & Βελτιστοποίησης el
heal.type doctoralThesis el
heal.classification Turbomachinery Optimization en
heal.classification Βελτιστοποίηση Στροβιλομηχανών el
heal.language en el
heal.access campus el
heal.recordProvider ntua el
heal.publicationDate 2020-05-27
heal.abstract Αντικείμενο της διδακτορικής αυτής διατριβής αποτελεί η βασισμένη στην κλίση της συνάρτησης-στόχου αεροδυναμική βελτιστοποίηση μορφής 3Δ πτερυγώσεων στροβιλομηχανών, όπου οι παράγωγοι ευαισθησίας της συνάρτησης-στόχου ως προς τις μεταβλητές σχεδιασμού υπολογίζονται μέσω της σύζευξης ενός νέου διακριτού συζυγούς επιλύτη πεδίων ροής με διαφορισμένες παραμετροποιήσεις λογισμικών CAD. Αρχικά, για την αύξηση της απόδοσης του συζυγούς κώδικα που αποτελεί μέρος του οικείου λογισμικού Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής της Rolls-Royce (Hydra), αναπτύσσεται ένα πεπλεγμένο επαναληπτικό σχήμα επίλυσης (αντικαθιστώντας το προϋπάρχον ρητό σχήμα), το οποίο επιταχύνει σημαντικά τη σύγκλιση. Στη συνέχεια, μια κομβική (nodal) παραμετροποίηση (βασισμένη στους κόμβους του πλέγματος, χωρίς χρήση CAD), καθώς και εναλλακτικές προσεγγίσεις για τον υπολογισμό γεωμετρικών παραγώγων ευαισθησίας (απαραίτητες προκειμένου τα βήματα της βελτιστοποίησης μορφής να είναι πλήρως συμβατά με το μοντέλο στο CAD) εξετάζονται και αξιολογούνται με βάση τις συνήθεις απαιτήσεις του βιομηχανικού σχεδιασμού (όπως η ευκολία επιβολής γεωμετρικών περιορισμών). Ακολουθεί η ενσωμάτωση όλων των εργαλείων που αναπτύχθηκαν σε ενιαίες διαδικασίες βελτιστοποίησης, επίδειξη των οποίων γίνεται στις εφαρμογές που εξετάστηκαν. Τέλος, για την πολυκριτηριακή βελτιστοποίηση, αναπτύσσεται μια νέα αιτιοκρατική μέθοδος βελτιστοποίησης, η οποία εντοπίζει αποδοτικά το μέτωπο Pareto χρησιμοποιώντας προσεγγίσεις του εσσιανού μητρώου που υπολογίζονται με το επαναληπτικό σχήμα BFGS. el
heal.sponsor Part of this work has been conducted within the IODA ITN on “Industrial Optimal Design using Adjoint CFD”. IODA has received funding from the European Union’s HORIZON 2020 Research and Innovation Programme under the Marie Skłodowska-Curie Grant Agreement No. 642959. en
heal.advisorName Γιαννάκογλου, Κυριάκος el
heal.committeeMemberName Γιαννάκογλου, Κυριάκος el
heal.committeeMemberName Μαθιουδάκης, Κωνσταντίνος el
heal.committeeMemberName Βουτσινάς, Σπυρίδων el
heal.committeeMemberName Αρετάκης, Νικόλαος el
heal.committeeMemberName Νικολός, Ιωάννης el
heal.committeeMemberName Καϊκτσής, Λάμπρος el
heal.committeeMemberName Ρουμελιώτης, Ιωάννης el
heal.academicPublisher Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών el
heal.academicPublisherID ntua el
heal.numberOfPages 228 el
heal.fullTextAvailability false

Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record