ABORDAGEM MISTA DE VOLUMES FINITOS E ELEMENTOS FINITOS PARA OTIMIZAÇÃO TOPOLÓGICA EM ESCOAMENTOS TURBULENTOS
Nome: CAIO PATRICK PICOLI DE LIMA
Data de publicação: 21/02/2025
Banca:
Nome |
Papel |
|---|---|
| HERMES VAZZOLER JUNIOR | Examinador Externo |
| JUAN SERGIO ROMERO SAENZ | Presidente |
| MARCUS VINICIUS CANHOTO ALVES | Examinador Externo |
| RAMON SILVA MARTINS | Examinador Interno |
Resumo: Otimização é um tópico muito presente no imaginário popular. Com respeito à Engenharia, otimização de geometrias é possivelmente o tópico mais difundido entre o público geral, especialmente a respeito de otimização de perfis de asas de avião, e
como exemplo deste tópico há o trabalho de Muller (2021), que por otimização reduziu o valor do arrasto quase pela metade. Outro trabalho interessante foi feito por Zheng et al. (2021), na otimização do sistema de refrigeração de placas fotovoltaicas a fim de maximizar a eficiência das placas. Dentre os vários métodos de otimização, o que será utilizado neste trabalho será o Método de Otimização Topológica, visto que ele não depende de um conhecimento prévio da geometria ótima. Originalmente, tal
método foi desenvolvido a partir do Método dos Elementos Finitos, que apresenta limitações na solução de escoamentos. Tais limitações são superadas ao utilizar o Método dos Volumes Finitos, embora este apresente limitações que impedem seu
uso para o Método de Otimização Topológica. O objetivo do presente trabalho é o desenvolvimento da ferramenta criada por Lima, Aguiar e Romero (2024), que utiliza o Método dos Volumes Finitos e o Método dos Elementos Finitos em conjunto para a
Otimização Topológica, a fim de que ela otimize escoamentos turbulentos. A solução do escoamento foi realizada através do software OpenFOAM®, a otimização da geometria mediante rotinas personalizadas executadas no Octave e a automatização desse processo foi feita por meio de Bash Scripting. Uma vez realizados os testes de otimização de um bocal, de uma curva T e de um joelho em 90°, análises qualitativas com a literatura disponível foram conduzidas. Os resultados obtidos foram
mualitativamente idênticos às geometrias de referência com malhas muito menores, o que mostra que a ferramenta é funcional, embora ainda exista espaço para melhorias. Além disso, as geometrias resultantes da otimização dos escoamentos turbulentos apresentaram uma perda de carga menor quando comparados com às geometrias geradas na otimização de escoamentos laminares.
Palavras-chave: Fluidodinâmica Computacional; Turbulência; Método dos Elementos Finitos; Método dos Volumes Finitos; Método de Otimização Topológica.
