Ottimizzazione di forma adjoint-based per flussi turbolenti

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Mattia Ciarlatani

In questo lavoro si continua lo sviluppo di un solutore basato sull'operatore aggiunto in forma continua all'interno della libreria OpenFOAM, e lo si utilizza per compiere un ciclo di ottimizzazione. Rispetto alle formulazioni proposte nel passato, la presente ha il vantaggio di essere piu' stabile nel caso di flussi esterni tridimensionali turbolenti senza la necessita' di superare l'ipotesi di frozen turbulence. Un ulteriore obiettivo e' l'utilizzo esclusivo di software open source. La necessita', all'interno di un ciclo di ottimizzazione di forma, di deformare il corpo sfruttando la mappa di sensitivita' fornita dalla risoluzione dell'equazione aggiunta, ha portato anche alla scrittura di un programma per effettuare lo shape morphing.

Inizialmente verra' ricavata l'equazione aggiunta in forma continua sotto l'ipotesi di frozen turbulence, con le relative condizioni al contorno per un flusso esterno tridimensionale turbolento. Dopodiche' si ricavera' l'espressione della sensitivita' usando come funzione obiettivo la forza totale esercitata dal fluido sul corpo. La formulazione ricavata sara' infine implementata all'interno di OpenFOAM e utilizzata in un ciclo di ottimizzazione completo per ricercare l'ottimo non vincolato di un parallelepipedo investito da un flusso tridimensionale turbolento, utilizzando come funzione costo la resistenza aerodinamica del corpo.

L'analisi dei risultati dimostra la robustezza e l'efficacia della formulazione, che si dimostra in grado di far giungere a convergenza l'ottimizzazione in presenza di un oggetto con una scia complessa e fortemente turbolenta.