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湍流拓扑优化。 (英语) Zbl 1439.74265号

小结:本工作的目的是提出一种快速可行的方法,在复杂流体流动系统的拓扑优化中考虑湍流,而不必在推导离散伴随时使用任何简化假设。拓扑优化是一种基于梯度的迭代设计过程,它通过在设计域中分配材料来最小化目标并满足一组选定的设计约束。梯度是通过伴随灵敏度分析获得的,该分析需要解一个正态问题和一个附加的伴随问题。在本文中,正演求解器基于有限体积离散化的雷诺平均Navier-Stokes方程和一方程或二方程湍流闭合模型,并通过自动微分获得伴随求解器。该方法在几个二维和三维示例的优化中进行了演示,包括对不同湍流模型和冻结湍流假设下获得的设计和灵敏度的详细比较。结果表明了精确灵敏度分析的重要性,并为涉及湍流的大规模多物理问题的设计开辟了新的可能性。

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第74页第15页 固体力学优化问题的拓扑方法
76英尺70英寸 湍流控制
74层10 流固相互作用(包括气动和水弹性、孔隙度等)
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参考文献:

[1] 本德瑟,M.P。;Sigmund,O.,《拓扑优化-理论、方法和应用》(2003年),《稀疏滞后》,柏林-海德堡·Zbl 1059.74001号
[2] Borrvall,T。;彼得森,J.,斯托克斯流中流体的拓扑优化,国际。J.数字。《液体方法》,41,1,77-107(2003)·Zbl 1025.76007号
[3] Aage,N。;Poulsen,T.H。;Gersborg-Hansen,A。;Sigmund,O.,大规模Stokes流问题的拓扑优化,结构。多磁盘。优化。,35,北美,175-180(2008)·Zbl 1273.76094号
[4] Evgrafov,A.,关于斯托克斯流拓扑优化的切比雪夫方法,结构。多磁盘。优化。,5101-811(2015年)
[5] A.Gersborg-Hansen,O.Sigmund,R.B.Haber,河道水流问题的拓扑优化,30(2005)181-192。;A.Gersborg-Hansen,O.Sigmund,R.B.Haber,《河道水流问题的拓扑优化》,30(2005)181-192·Zbl 1243.76034号
[6] 邓,Y。;刘,Z。;张,P。;刘,Y。;Wu,Y.,非定常不可压缩Navier-Stokes流动的拓扑优化,J.Compute。物理。,230176688-6708(2011年)·Zbl 1408.76132号
[7] Kreissl,S。;Pingen,G。;Maute,K.,非恒定流拓扑优化,国际。J.数字。方法工程,87,13,1229-1253(2011)·Zbl 1242.76052号
[8] Pingen,G。;Evgrafov,A。;Maute,K.,使用格子Boltzmann方法对流动区域进行拓扑优化,结构。多磁盘。优化。,34, 6, 507-524 (2007) ·Zbl 1273.76341号
[9] Pingen,G。;Evgrafov,A。;Maute,K.,流体动力格子Boltzmann方法的伴随参数敏感性分析及其在设计优化、计算和流体,38,4,910-923(2009)·Zbl 1242.76254号
[10] 诺加德,S。;西格蒙德,O。;Lazarov,B.,使用格子Boltzmann方法对非定常流动问题进行拓扑优化,J.Compute。物理。,307, 291-307 (2016) ·Zbl 1351.76245号
[11] 纪尧姆,P。;Idris,K.,Stokes方程的拓扑灵敏度和形状优化,SIAM J.控制优化。,43, 1, 1-31 (2004) ·Zbl 1093.49029号
[12] Amstutz,S.,一些非线性偏微分方程系统的拓扑灵敏度分析,J.Math。Pures应用。,85,4540-557(2006年)·Zbl 1090.35053号
[13] Sa,L.F.N。;阿米戈,R.C.R。;Novotny,A.A。;Silva,E.C.N.,用于流体流道设计优化问题的拓扑导数,结构。多磁盘。优化。,54, 2, 249-264 (2016)
[14] Othmer,C.,管道流动拓扑和表面敏感性计算的连续伴随公式,国际。J.数字。《液体方法》,58,8,861-877(2008)·Zbl 1152.76025号
[15] 彼得罗保利,M。;阿菲尔德,R。;蒙托莫利,F。;Ciani,A。;D’Ercole,M.,《添加剂制造的设计:内部渠道优化》,燃气轮机动力杂志,139,10,102101-102101-8(2017)
[16] Zymaris,A.S。;Papadimitriou,D.I。;Giannakoglou,K.C。;Othmer,C.,不可压缩流Spalart-Allmaras湍流模型的连续伴随方法,计算与流体,38,8,1528-1538(2009)·Zbl 1242.76064号
[17] Kontoleontos,E.A。;Papoutsis-Kiachagias,E.M。;Zymaris,A.S。;Papadimitriou,D.I。;Giannakoglou,K.C.,《粘性流动(包括传热)基于伴随的约束拓扑优化》,《工程优化》。,45, 8, 941-961 (2013)
[18] A.Carnarius、F.Thiele、E.Ozkaya、N.R.Gauger、A.Carnaries、F.Tiele、E.Oz kaya和N.R.Gauger,最佳流量控制的伴随方法,见:第五届流量控制会议,2010年,第2010-5088页。;A.Carnarius、F.Thiele、E.Ozkaya、N.R.Gauger、A.Carnaries、F.Tiele、E.Oz kaya和N.R.Gauger,最佳流量控制的伴随方法,见:第五届流量控制会议,2010年,第2010-5088页·Zbl 1266.49058号
[19] Evgrafov,A。;格雷格森,M.M。;Sörensen,M.P.,传导系数控制问题基于单元的有限体积离散的收敛性,ESAIM数学。模型。数字。分析。,45, 6, 1059-1080 (2011) ·Zbl 1269.65107号
[20] Patankar,S.V.,《数值传热和流体流动》(力学和热科学计算方法系列,1980年),半球出版社。纽约公司:半球出版社。纽约-华盛顿公司)·兹比尔0521.76003
[21] Giering,R。;Kaminski,T.,伴随码构造方法,ACM Trans。数学。软质。,24, 4, 437-474 (1998) ·Zbl 0934.65027号
[22] Griewank,A.,《评估衍生品:算法区分的原理和技术》,369 s(2000),SIAM·Zbl 0958.65028号
[23] Auvinen,M.,通过算法微分辅助生成和维护伴随解算器的模块化框架——应用于不可压缩的Navier-Stokes解算器,(阿尔托大学出版系列博士论文;148/2014(2014),阿尔托大学;阿尔托·伊洛匹斯托),183
[24] 托瓦拉,M。;Naumann,U.,开放式泡沫的离散伴随模型,Procedia Comput。科学。,18229-438(2013)
[25] 韦勒,H.G。;Tabor,G。;贾萨克,H。;Fureby,C.,使用面向对象技术的计算连续体力学张量方法,计算。物理。,12, 6, 620-631 (1998)
[26] 法雷尔,体育。;Ham,D.A。;Funke,S.W。;Rognes,M.E.,《高级瞬态有限元程序伴随的自动推导》,SIAM J.Sci。计算。,35、4、C369-C393(2013)·Zbl 1362.65103号
[27] P.E.Farrell,Stokes流中流体的拓扑优化。网站http://www.dolfin-adjoint.org/en/latest/documentation/stokes-topology/stokes-topology.html#topology-流体入塔流动优化;P.E.Farrell,斯托克斯流中流体的拓扑优化。网站http://www.dolfin-adjoint.org/en/latest/documentation/stokes-topology/stokes-topology.html#topology-流体在储罐中流动的优化
[28] Alns,M。;布莱希塔,J。;Hake,J。;Johansson,A。;Kehlet,B。;Logg,A。;Richardson,C。;Ring,J。;罗杰斯,M。;Wells,G.,击剑项目1.5版,Arch。数字。软质。,3100(2015),网址http://journals.ub.uni-heidelberg.de/index.php/ans/article/view/20553
[29] 统一资源定位地址网址:https://www.comsol.com; 统一资源定位地址网址:https://www.comsol.com ·Zbl 1107.68324号
[30] Griewank,A.公司。;Walther,A.,《算法799:旋转:计算微分的反向或伴随模式的检查点实现》,ACM Trans。数学。软件。,26, 1, 19-45 (2000) ·Zbl 1137.65330号
[31] A.C.玛尔塔。;马德尔,C.A。;马丁斯,J.R.R.A。;范德维德,E。;Alonso,J.J.,《使用自动微分工具开发离散伴随解算器的方法》,《国际计算机》。流体动力学。,21, 9-10, 307-327 (2007) ·Zbl 1184.76832号
[32] 诺加德,S.A。;Sagebaum,M。;Gauger,N.R。;Lazarov,B.S.,拓扑优化中自动微分的应用,结构。多磁盘。优化。,1-12 (2017)
[33] 罗思(Roth,R.)。;Ulbrich,S.,非定常湍流优化的离散伴随方法,Flow Turbul。梳子。流量,90,4,763-783(2013)
[34] Wilcox,D.,《重新审视k-(ω)湍流模型的公式》,AIAA J.,46,2823-2838(2008)
[35] 斯帕拉特,P。;Allmaras,S.,空气动力流的单方程湍流模型,Rech。Aerosp.公司。,AIAA-92-0439(1994)
[36] Menter,F.R.,工程应用的双方程涡粘湍流模型,AIAA J.,32,1598-1605(1994)
[37] S.Allmaras、T.Forrester、P.Spalart,《Spalart-Allmaras湍流模型实施的修改和澄清》,载于:第七届国际计算流体动力学会议,ICCFD07,2012年。;S.Allmaras、T.Forrester、P.Spalart,《Spalart-Allmaras湍流模型实施的修改和澄清》,载于:第七届国际计算流体动力学会议,ICCFD072012年。
[38] Tucker,P.,《多内边界流的几何多级收敛稳健性评估和壁距法》,应用。数学。型号。,22, 4/5, 293-311 (1998) ·Zbl 1428.76141号
[39] 塔克,P。;Rumsey,C。;斯帕拉特,P。;巴特尔斯,R。;Biedron,R.,基于微分方程的壁距计算,AIAA J.,43,3,539-549(2005)
[40] Wang,F。;拉扎罗夫,B。;Sigmund,O.,关于拓扑优化中的投影方法、收敛性和稳健公式,结构。多磁盘。优化。,43, 6, 767-784 (2011) ·Zbl 1274.74409号
[41] 拉扎罗夫,B.S。;Sigmund,O.,基于亥姆霍兹型微分方程的拓扑优化滤波器,国际。J.数字。方法工程,86,6,765-781(2011)·Zbl 1235.74258号
[42] 拉扎罗夫,B.S。;Wang,F。;Sigmund,O.,基于密度的拓扑优化中的长度比例和可制造性,Arch。申请。机械。,86, 1, 189-218 (2016)
[43] Olesen,L.H。;Okkels,F。;Bruus,H.,应用于稳态Navier-Stokes流的拓扑优化的高级编程语言实现,国际。J.数字。方法工程,65,7,975-1001(2006)·Zbl 1111.76017号
[44] Svanberg,K.,移动渐近线法,结构优化的新方法,国际。J.数字。方法工程,24,2,359-373(1987)·Zbl 0602.73091号
[45] Svanberg,K.,一类基于保守凸可分离近似的全局收敛优化方法,SIAM J.Optim。,12, 2, 555-573 (2001) ·Zbl 1035.90088号
[46] Aage,N。;Lazarov,B.S.,使用移动渐近线方法进行拓扑优化的并行框架,结构。多磁盘。优化。,47, 4, 493-505 (2013) ·Zbl 1274.74302号
[47] Aage,N。;安德烈森,E。;Lazarov,B.,使用PETSc进行拓扑优化:一个易于使用、完全并行、开源的拓扑优化框架Struct。多磁盘。优化。,51, 3, 565-572 (2015)
[48] 哈斯科·L。;Pascual,V.,tapenade自动区分工具:原理、模型和规范,ACM Trans。数学。软质。,39, 3 (2013) ·Zbl 1295.65026号
[49] CoDiPack代码差异化包,CoDiPack网站,2016年。http://www.scicomp.uni-kl.de/软件/codi/; CoDiPack代码差异化包,CoDiPack网站,2016年。http://www.scicomp.uni-kl.de/software/codi/
[50] Hogan,R.J.,使用c++中的表达式模板进行快速反向模式自动区分,ACM Trans。数学。软质。,40, 4, 26 (2014) ·Zbl 1369.65037号
[51] Verdugo,F。;Wall,W.A.,用整体方案有效解决n场耦合问题的统一计算框架,计算。方法应用。机械。工程,310,335-366(2016)·Zbl 1439.65037号
[52] M.Ur Rehman,C.Vuik,G.Segal,定常不可压缩Navier-Stokes问题的预条件,2009,网址:http://dx.doi.org/10.1.1.148.44788; M.Ur Rehman,C.Vuik,G.Segal,定常不可压缩Navier-Stokes问题的预条件,2009,http://dx.doi.org/10.1.148.4788 ·Zbl 1229.76032号
[53] 拉扎罗夫,B.S。;Schevenels,M。;Sigmund,O.,《大位移柔性机构的稳健设计》,Mech。科学。,2, 2, 175-182 (2011)
[54] S.Balay、S.Abhyankar、M.F.Adams、J.Brown、P.Brune、K.Buschelman、L.Dalcin、V.Eijkhout、W.D.Gropp、D.Kaushik、M.G.Knepley、L.C.McInnes、K.Rupp、B.F.Smith、S.Zampini、H.Zhang、H.张、PETSc网页,2016年。统一资源定位地址http://www.mcs.anl.gov/petsc; S.Balay、S.Abhyankar、M.F.Adams、J.Brown、P.Brune、K.Buschelman、L.Dalcin、V.Eijkhout、W.D.Gropp、D.Kaushik、M.G.Knepley、L.C.McInnes、K.Rupp、B.F.Smith、S.Zampini、H.Zhang、H.张、PETSc网页,2016年。统一资源定位地址http://www.mcs.anl.gov/petsc
[55] 巴拉伊,S。;Abhyankar,S。;M.F.亚当斯。;Brown,J。;布鲁纳,P。;Buschelman,K。;达尔星。;埃伊霍特,V。;格罗普,W.D。;考希克,D。;Knepley,M.G。;McInnes,L.C.公司。;鲁普,K。;B.F.史密斯。;扎皮尼,S。;张,H。;Zhang,H.,PETSc用户手册,技术代表ANL-95/11-3.7版,((2016),阿贡国家实验室),URLhttp://www.mcs.anl.gov/petsc
[56] Ferziger,J.H。;Peric,M.,《流体动力学计算方法》(2001),斯普林格-柏林-海德堡出版社·兹比尔0869.76003
[57] Versteeg,H。;Malalasekera,W.,《计算流体动力学导论:有限体积法》(2007),培生教育有限公司
[58] Darwish,M。;Moukalled,F.,非结构化网格的TVD方案,《国际传热与传质杂志》,46,4,599-611(2003)·Zbl 1121.76357号
[59] Roe,P.L.,《对不连续流动建模的一些贡献》(Engquist,B.E.;Osher,S.;Somerville,R.C.J.,《流体力学中的大尺度计算》(1985)),163-193年·Zbl 0665.76072号
[60] Jasak,H.,《有限体积法的误差分析和估计及其在流体流动中的应用》(1996),伦敦大学帝国学院
[61] Rhie,C.M。;Chow,W.L.,带后缘分离的翼型湍流数值研究,AIAA J.,211525-1532(1983)·兹伯利0528.76044
[62] 马图尔,S.R。;Murthy,J.Y.,《使用非结构网格的不可压缩流的压力边界条件》,数值。传热B,32,3,283-298(1997)
[63] 布伊斯,加利福尼亚州。;Eaton,J.K.,通过非对称平面扩散器的流动实验研究,Trans。ASME,J.流体工程,122,2,433-435(2000)
[64] J.W.Slater,NPARC联盟验证档案:建筑扩散器。NASA网站。统一资源定位地址http://www.grc.nasa.gov/www/wind/valid/buice/buice.html; J.W.Slater,NPARC联盟验证档案:建筑扩散器。美国国家航空航天局网站。统一资源定位地址http://www.grc.nasa.gov/www/wind/valid/buice/buice.html
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