Resumen de Aerodynamic optimisation based on stability and sensitivity analysis
Yinzhu Wang
La optimización aerodinámica se ha convertido en una herramienta valiosa para el diseño de configuraciones eficientes. Sin embargo, el uso de la optimización aerodinámica para retrasar la aparición de inestabilidad ha sido difícil, incluso para un flujo simple.
El análisis de estabilidad de flujo predice cómo crecen o decaen las pequeñas perturbaciones de flujo con respecto a una solución de flujo de equilibrio (flujo base), proporcionando información sobre el inicio de los mecanismos físicos responsables de la inestabilidad, que pueden ayudar a determinar los medios para controlarla. La comunidad de estabilidad lineal ha desarrollado herramientas para analizar la aparición de modos menos estables, que se han popularizado como análisis de sensibilidad basado en adjuntos. El análisis de sensibilidad identifica las regiones del flujo que, si se modifican adecuadamente, conducen a la mayor amortiguación (o amplificación) de la característica responsable de la inestabilidad.
En este trabajo, aprovechando la optimización aerodinámica, el análisis de estabilidad y el análisis de sensibilidad, se desarrolla una herramienta de optimización aerodinámica con el objetivo de buscar estrategias de control de flujo óptimas (tanto pasivas como activas), basadas en análisis de estabilidad y análisis de sensibilidad. La idea principal de este trabajo es identificar una inestabilidad, encontrar el mecanismo (modo) que está causando la inestabilidad, localizar la región más sensible del modo menos estable, modificar el límite o el campo de flujo para manipular y retrasar el inicio inestable de este modo. Con los métodos de optimización, es posible encontrar la estrategia más adecuada para la modificación del límite o del campo de flujo.
Para lograr esto, el análisis de estabilidad permite identificar los modos menos estables y el análisis de sensibilidad ubica la región en el campo fluido donde las modificaciones afectarán más estos modos. Se utilizan distintas técnicas para completar el ciclo de optimización, por ejemplo, la parametrización geométrica se utiliza para representar la geometría con un número limitado de parámetros. Se desarrolla una herramienta de deformación de malla basada en la deformación de forma libre (FFD), evitando generar grandes cantidades de mallas similares desde cero. Se desarrolla un modelo reducido actualizado dinámicamente para garantizar su precisión y eficiencia en el ciclo de optimización, al tiempo que se reducen los puntos de muestreo en el diseño de experimentos. Finalmente, se desarrolla un esquema de seguimiento de los modos en el proceso de optimización para evitar la verificación manual, lo que reduce el costo computacional haciendo que las investigaciones de optimización sean más factible.
En esta tesis, el análisis de estabilidad y el análisis de sensibilidad se aplican a diferentes problemas e identifican los modos que causan inestabilidades, y se obtiene el mapa de sensibilidad estructural correspondiente a los modos, que señala las regiones donde estos modos son los más afectados.
La ubicación de la región más sensible, que proporciona una guía de dónde debe incluirse la deformación de la forma y, por lo tanto, apoya y guía la parametrización geométrica para una investigación de optimización. Mediante la optimización, que se ayuda con un modelo sustituto actualizado dinámicamente, sin un costo computacional excesivo, se obtienen estrategias de control de flujo óptimas. La tesis explora estas técnicas para un canal de contracción, una protuberancia suave que modela una turbina de baja presión.
