Βελτιστοποίηση της μορφής της αεροτομής με ή χωρίς σχισμές για τον έλεγχο του οριακού στρώματος

Μπιτσακάκης, Χαρίδημος-Παναγιώτης; Bitsakakis, Charidimos-Panagiotis

dc.contributor.author	Μπιτσακάκης, Χαρίδημος-Παναγιώτης	el
dc.contributor.author	Bitsakakis, Charidimos-Panagiotis	en
dc.date.accessioned	2023-01-11T10:54:07Z
dc.date.available	2023-01-11T10:54:07Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/56611
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24309
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Υπολογιστική Μηχανική”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Optimisation	en
dc.subject	Slots	en
dc.subject	CFD - OpenFOAM	en
dc.subject	Υπολογιστική Ρευστοδυναμική - OpenFOAM	el
dc.subject	Control of Boundary Layer	en
dc.subject	Βελτιστοποίηση	el
dc.subject	Σχισμές	el
dc.subject	Παθητική Μέθοδος	el
dc.subject	Έλεγχος Οριακού Στρώματος	el
dc.subject	Passive Method	en
dc.title	Βελτιστοποίηση της μορφής της αεροτομής με ή χωρίς σχισμές για τον έλεγχο του οριακού στρώματος	el
dc.title	OPTIMIZATION OF THE SHAPE OF AN AIRFOIL WITH OR WITHOUT SLOTS TO CONTROL THE BOUNDARY LAYER	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Computational Fluid Dynamics	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-10-13
heal.abstract	The target of this master thesis is the optimization of the shape of an airfoil, as well as the simultaneous creation of slots that connect the pressure and the suction sides, with the aim of controlling the development of the boundary layer and consequently the aerodynamic behavior of the airfoil. Firstly, the flow around an airfoil was solved, using three turbulence models (Spalart-Allmaras, k-ω and k-ω using the γ-Reθ transition model). The lift and drag coefficients that were calculated were compared with those obtained by the PUMA software and with the experimental data. The shape of the airfoil was optimized using the continuous adjoint method. The target was the maximization of the lift over drag ratio by imposing a constraint on the volume of the airfoil. Then, a flow control method was studied, which included the creation of a through slot on the airfoil that connects the pressure and the suction sides. The objective was the fluid flowing through the slot, due to the pressure difference between the two sides of the airfoil, to be injected into the boundary layer, in order to delay or even suppress its separation for high angles of attack. The shape of the slot was optimized, by means of the continuous adjoint method at two high angles of attack and a comparison between the airfoil’s polar without the slot, with the initial slot and the optimized slot was performed. A study regarding the position of the points where the slot must start and end up for two angle of attacks was conducted, in order to better control the development of the boundary layer. Then, for the optimized shape of the initial airfoil (the one without a slot), a slot was created and its shape was optimized for two angles of attack. Finally, the shape of the airfoil and of the slot were simultaneously optimized using the continuous adjoint method and the results were compared with those of the previous optimizations. The simultaneous optimization of the airfoil and of the slot provided the highest lift to drag ratio. Over and above, the lift that was the highest and the drag was the lowest compared to any other optimization performed in this master thesis. For the parameterization of the airfoil’s shape, volumetric B-Splines were used. The primal equations were solved by means of OpenFOAM’s solver SIMPLE, whereas for the adjoint equations and the optimization, the OpenFOAM’s tool, adjointOptimisationFoam, developed by the PCopt Unit of NTUA, was used.	en
heal.abstract	Αντικείμενο της μεταπτυχιακής αυτής εργασίας είναι η βελτιστοποίηση της μορφής της αεροτομής, αλλά και η ταυτόχρονη δημιουργία σχισμών που συνδέουν τις πλευρές υπερπίεσης και υποπίεσης, ώστε να ελέγχεται η ανάπτυξη του οριακού στρώματος και κατά συνέπεια η αεροδυναμική συμπεριφορά της αεροτομής. Αρχικά επιλύθηκε η ροή γύρω από μία αεροτομή με τη χρήση τριών μοντέλων τύρβης (Spalart Allmaras, k-ω και k-ω με χρήση μοντέλου μετάβασης γ-Reθ). Οι συντελεστές άνωσης και αντίστασης συγκρίθηκαν με τους πειραματικούς συντελεστές και με τους συντελεστές που υπολογίσθηκαν από τις προσομοιώσεις που πραγματοποιήθηκαν με τη χρήση του οικείου λογισμικού PUMA. Έπειτα βελτιστοποιήθηκε η μορφή της αεροτομής με χρήση της συνεχούς συζυγούς μεθόδου με στόχο τη μεγιστοποίηση του λόγου άνωσης προς αντίσταση και με περιορισμό ως προς τον τελικό όγκο της αεροτομής. Στη συνέχεια μελετήθηκε μία μέθοδος ελέγχου της ροής, η οποία περιελάμβανε τη δημιουργία διαμπερούς σχισμής στην αρχική αεροτομή που εκτεινόταν από την πλευρά υπερπίεσης μέχρι την πλευρά υποπίεσης. Σκοπός ήταν να περάσει ρευστό μέσα από τη σχισμή λόγω της διαφοράς πίεσης στις δύο πλευρές της αεροτομής και αυτό να εγχυθεί στο οριακό στρώμα, ώστε να καθυστερήσει η αποκόλλησή του για μεγάλες γωνίες πρόσπτωσης. Βελτιστοποιήθηκε η μορφή της σχισμής με χρήση της συνεχούς συζυγούς μεθόδου για δύο γωνίες πρόσπτωσης, ενώ έγινε σύγκριση των πολικών της αεροτομής χωρίς σχισμή με την αρχική σχισμή και τη βέλτιστη σχισμή. Επίσης, πραγματοποιήθηκε μελέτη για τη θέση των σημείων στα οποία πρέπει να ξεκινήσουν και να τελειώσουν οι σχισμές για δύο γωνίες πρόσπτωσης, ώστε να επιδρά πιο αποδοτικά το ρευστό που περνά μέσα από τη σχισμή στο οριακό στρώμα. Έπειτα, στη βελτιστοποιημένη αρχική αεροτομή (χωρίς σχισμή) δημιουργήθηκε σχισμή, η μορφή της οποίας βελτιστοποιήθηκε για δύο γωνίες πρόσπτωσης. Τέλος, πραγματοποιήθηκε ταυτόχρονη βελτιστοποίηση της μορφής της αεροτομής και της μορφής της σχισμής με χρήση της συνεχούς συζυγούς μεθόδου και έγινε σύγκριση των αποτελεσμάτων με αυτά που προέκυψαν από τις επιμέρους βελτιστοποιήσεις. Με την ταυτόχρονη βελτιστοποίηση των μορφών της αεροτομής και της σχισμής προέκυψε ο υψηλότερος λόγος άνωσης προς αντίσταση καθώς και επιμέρους η υψηλότερη τιμή της άνωσης και η χαμηλότερη τιμή της αντίστασης συγκριτικά με τις υπόλοιπες βελτιστοποιήσεις που πραγματοποιήθηκαν. Για την παραμετροποίηση της γεωμετρίας της αεροτομής χρησιμοποιήθηκαν ογκομετρικές καμπύλες B-Splines. Για την επίλυση των πρωτευουσών εξισώσεων χρησιμοποιήθηκε ο επιλύτης του OpenFΟΑΜ, SIMPLE, ενώ για την επίλυση των συζυγών εξισώσεων και τη βελτιστοποίηση χρησιμοποιήθηκε το εργαλείο του OpenFOAM, adjointOptimisationFoam, που έχει αναπτυχθεί από τη ΜΠΥΡΒ του ΕΜΠ.	el
heal.advisorName	Γιαννάκογλου, Κυριάκος	el
heal.committeeMemberName	Ριζιώτης, Βασίλης	el
heal.committeeMemberName	Μπούρης, Δημήτριος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ρευστών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	87 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false