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Type: DISSERTAÇÃO DIGITAL
Degree Level: Mestrado
Title: Otimização topológica de perda de carga utilizando CFD
Title Alternative: Topological optimization for head loss reduction using CFD
Author: Nogueira, Vinicius Lopes, 1994-
Advisor: Santos, Rogério Gonçalves dos, 1978-
Abstract: Resumo: No presente trabalho buscou-se simular e otimizar a geometria de canais para que o escoamento em regime laminar de fluído incompressível através deste tivesse a menor perda de carga quando comparado a um canal não otimizado. Foram otimizadas três geometrias diferentes, com diferentes números de Reynolds, o degrau, o cotovelo e o cano duplo. Para simulação do escoamento foi utilizado um código CFD em linguagem Fortran que resolve as equações de Navier-Stokes em duas dimensões para fluidos newtonianos incompressíveis. O código utilizado trabalha com volumes finitos, o método UNIFAES e o acoplamento pressão-velocidade através da equação de Poisson. Ele está paralelizado através do uso de openmp. A otimização acontece através de uma técnica conhecida como otimização topológica, onde as características geométricas do canal são alteradas pela mudança na disposição do material que compõe o mesmo. No presente trabalho a otimização buscou eliminar as zonas de recirculação e estagnação do escoamento, assim reduzindo a perda de carga causada por estas. Diferentes geometrias foram simuladas a fim de encontrar geometrias otimizadas, e ao final do experimento os resultados de perda de carga foram analisados para checar sua concordância com resultados encontrados em literatura. Em alguns dos casos estudados a redução da perda de carga foi de mais de 90%

Abstract: The present work aimed to simulate and optimize a channel¿s geometry so that the laminar and incompressible fluid flow presented less head loss when compared to the non-optimized geometries. Three geometries were optimized, with different Reynolds numbers, the backwards facing step, the pipe bend and the double pipe. To simulate the fluid flow, a Fortran CFD code was used to solve the Navier-Stokes equations in two dimensions for incompressible Newtonian fluids. The CFD code utilizes the finite volumes method, the UNIFAES technique, and the pressure-velocity coupling is done using the Poisson equation. This program is parallelized with openmp. The optimization technique used is known as topology optimization, which consists of changing the channel geometry by relocating the materials present in the domain. The analyzed channels were optimized by removing recirculation and stagnation zones and thus reducing head loss in the fluid flow. Different initial geometries were tested to achieve optimized geometries. Finally, the results for total head loss were analyzed and compared with results found in the literature. In some cases, the head loss values found were 90% smaller than the ones in the original geometries
Subject: Simulação
Mecânica dos fluidos
Fluidodinâmica computacional
Otimização topológica
Language: Português
Editor: [s.n.]
Citation: NOGUEIRA, Vinicius Lopes. Otimização topológica de perda de carga utilizando CFD. 2020. 1 recurso online ( 89 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica , Campinas, SP.
Date Issue: 2020
Appears in Collections:FEM - Tese e Dissertação

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