Optimization of cooling ducts using the continuous adjoint method for conjugate heat transfer problems

Κουκουγκέλης, Γεώργιος; Koukougkelis, Georgios

dc.contributor.author	Κουκουγκέλης, Γεώργιος	el
dc.contributor.author	Koukougkelis, Georgios	en
dc.date.accessioned	2023-12-15T08:06:08Z
dc.date.available	2023-12-15T08:06:08Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/58447
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.26143
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	Conjugate heat transfer	en
dc.subject	Continuous adjoint method	en
dc.subject	Gradient-based optimization	en
dc.subject	Shape optimization	en
dc.subject	Topology optimization	en
dc.subject	Συζευγμένη μεταφορά θερμότητας	el
dc.subject	Συνεχής συζυγής μέθοδος	el
dc.subject	Αιτιοκρατική βελτιστοποίηση	el
dc.subject	Βελτιστοποίηση μορφής	el
dc.subject	Βελτιστοποίηση τοπολογίας	el
dc.title	Optimization of cooling ducts using the continuous adjoint method for conjugate heat transfer problems	en
dc.title	Βελτιστοποίηση αγωγών ψύξης με τη συνεχή συζυγή μέθοδο για προβλήματα συζευγμένης μεταφοράς θερμότητας	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Υπολογιστική ρευστοδυναμική	el
heal.classification	Computational fluid dynamics	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-07-15
heal.abstract	The goal of this diploma thesis is to investigate the utilization of the continuous adjoint method for optimizing problems involving Conjugate Heat Transfer (CHT) in Computational Fluid Dynamics (CFD). The areas of focus in this context encompass Shape Optimization (ShpO) and Topology Optimization (TopO), where various cases are addressed and dealt with. Special emphasis is given to the known problems of TopO occurring due to the absence of a clearly defined Fluid-Solid Interface (FSI), which subsequently results in the inability to impose Boundary Conditions (BCs) on it. The applications examined exclusively pertain to laminar flows of incompressible fluids that are governed by the steady-state Navier-Stokes (NS) equations. The relevant software used for the analysis and optimization has been developed by the PCOpt/NTUA based on the open-source CFD toolbox OpenFOAM. The first application deals with the analysis and optimization of the cooling duct of a 2D turbine blade-like geometry. A serpentine-like duct is initially designed and optimized through ShpO. The primal problem is then solved using the TopO code in order to identify differences in the results between this solution approach and the conventional one using body-fitted meshes. Several TopO cases are conducted and the geometries produced are evaluated. The second application addresses the design of a 2D duct system. This time, an initial design of the duct is produced by TopO. Body-fitted meshes for both the fluid and solid regions are produced based on the computed optimal porosity field. After the TopO results are compared with those produced on the body-fitted mesh, several ShpO cases are performed on the geometry.	en
heal.abstract	Ο στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η διερεύνηση της χρήσης της συνεχούς συζυγούς μεθόδου σε προβλήματα συζευγμένης μεταφοράς θερμότητας στην Υπολογιστική Ρευστοδυναμική (ΥΡΔ). Σε αυτό το πλαίσιο εξετάζονται προβλήματα βελτιστοποίησης μορφής και τοπολογίας σε διάφορες εφαρμογές. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στα γνωστά προβλήματα της βελτιστοποίησης τοπολογίας που προκύπτουν λόγω της έλλειψης σαφώς ορισμένου ορίου μεταξύ ρευστών-στερεών περιοχών, γεγονός που οδηγεί στην αδυναμία επιβολής οριακών συνθηκών σε αυτό. Οι εφαρμογές που εξετάζονται αφορούν αποκλειστικά τις στρωτές ροές ασυμπίεστων ρευστών που διέπονται από τις χρονικά μόνιμες Navier-Stokes εξισώσεις. Το σχετικό λογισμικό που χρησιμοποιήθηκε για ανάλυση και βελτιστοποίηση έχει προγραμματιστεί από την ΜΠΥΡ&Β/ΕΜΠ βασισμένο στο περιβάλλον ανοιχτού κώδικα OpenFOAM. Η πρώτη εφαρμογή αφορά την ανάλυση και βελτιστοποίηση ενός αγωγού ψύξης 2Δ πτερυγίου στροβιλομηχανής. Αρχικά σχεδιάζεται ένας καμπύλος αγωγός ο οποίος βελτιστοποιείται εφαρμόζοντας βελτιστοποίηση μορφής. Έπειτα, το πρωτεύον πρόβλημα λύνεται με χρήση του κώδικα βελτιστοποίησης τοπολογίας με σκοπό την διερεύνηση των διαφορών στα αποτελέσματα μεταξύ της συγκεκριμένης προσέγγισης επίλυσης και αυτή της συμβατικής με χρήση σωματόδετων πλεγμάτων. Πραγματοποιούνται διάφορες εφαρμογές βελτιστοποίησης τοπολογίας και οι προκύπτουσες γεωμετρίες αξιολογούνται. Η δεύτερη εφαρμογή αφορά τον σχεδιασμό ενός 2Δ συστήματος αγωγών. Αυτή τη φορά, η αρχική γεωμετρία των αγωγών προκύπτει από βελτιστοποίηση τοπολογίας. Έπειτα, γενώνται σωματόδετα πλέγματα για τις ρευστές και στερεές περιοχές βάσει του βελτιστοποιημένου πορώδους πεδίου. Αφού τα αποτελέσματα του πρωτεύοντος προβλήματος της βελτιστοποίησης τοπολογίας συγκριθούν με αυτά που προκύπτουν με την συμβατική προσέγγιση επίλυσης, πραγματοποιούνται διάφορα τρεξίματα βελτιστοποίησης μορφής της γεωμετρίας.	el
heal.advisorName	Γιαννάκογλου, Κυριάκος	el
heal.committeeMemberName	Μαθιουδάκης, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Αρετάκης, Νικόλαος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ρευστών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	81 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false