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不可压缩粘性流体流动拓扑优化的格构动力学格式。 (英语) Zbl 1524.76311号

小结:本文提出了一种利用晶格动力学方案(LKS)进行流道拓扑优化设计的方法。LKS是一种将格子Boltzmann方法与动力学方法相结合的数值格式,用于求解不可压Navier-Stokes方程。在格子Boltzmann方法中,需要存储分析域中每个网格的离散分布函数以计算流场,而在LKS中,只存储流速和密度,因此需要较少的存储。此外,在LKS中,可以直接施加速度和压力方面的宏观边界条件,而不是针对分布函数考虑反弹边界条件。在本研究中,基于目标泛函相对于设计变量的梯度进行优化,并使用伴随变量法计算设计灵敏度。使用LKS求解正问题和伴随问题。通过与目标函数的有限差分逼近进行比较,验证了设计灵敏度的有效性。文中给出了求解二维流道设计问题的数值例子,以证明该方法的有效性。

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76米28 粒子法和晶格气体法
76D55型 不可压缩粘性流体的流动控制与优化
76D05型 不可压缩粘性流体的Navier-Stokes方程
第76天07 斯托克斯和相关(Oseen等)流量
第74页第15页 固体力学优化问题的拓扑方法

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全文: 内政部

参考文献:

[1] 本德瑟,M。;Kikuchi,N.,使用均匀化方法在结构设计中生成最佳拓扑,计算。方法应用。机械。工程师,71,2,197-224(1988)·Zbl 0671.73065号
[2] Borrvall,T。;Petersson,J.,《斯托克斯流中流体的拓扑优化》,《国际数值杂志》。《液体方法》,41,1,77-107(2003)·Zbl 1025.76007号
[3] Gersborg-Hansen,A。;西格蒙德,O。;Habor,R.,河道水流问题的拓扑优化,结构。多学科。优化。,30, 181-192 (2004) ·Zbl 1243.76034号
[4] Osher,S。;Fedkiw,R。;Piechor,K.,水平集方法和动态隐式曲面(2004),施普林格:施普林格纽约
[5] 萨斯曼,M。;斯梅雷卡,P。;Osher,S.,《计算不可压缩两相流解的水平集方法》,J.Compute。物理。,114, 1, 146-159 (1994) ·Zbl 0808.76077号
[6] 段,X。;马云(Ma,Y.)。;Zhang,R.,用变分水平集方法实现流体流动的最优形状控制,物理学。莱特。A、 372、9、1374-1379(2008)·Zbl 1217.76027号
[7] 周,S。;Li,Q.,稳态Navier-Stokes流优化的变分水平集方法,J.Compute。物理。,227, 24, 10178-10195 (2008) ·Zbl 1218.76023号
[8] Gersborg-Hansen,A。;本德瑟,M。;Sigmund,O.,使用有限体积法对热传导问题进行拓扑优化,结构。多学科。优化。,31, 4, 251-259 (2006) ·Zbl 1245.80011号
[9] Yaji,K。;山田,T。;M.吉野。;松本,T。;Izui,K。;Nishiwaki,S.,使用格子Boltzmann方法对热流体流动进行拓扑优化,J.Compute。物理。,307355-377(2016)·Zbl 1351.76256号
[10] Aage,N。;鲍尔森,T。;Gersborg-Hansen,A。;Sigmund,O.,大规模Stokes流问题的拓扑优化,结构。多学科。优化。,35, 175-180 (2008) ·Zbl 1273.76094号
[11] 安德烈森,C。;Gersborg,A。;Sigmund,O.,微流体混合器的拓扑优化,国际期刊数字。液体方法,61,5498-513(2009)·Zbl 1172.76014号
[12] Kreissl,S。;Pingen,G。;Evgrafov,A。;Maute,K.,柔性微流体器件的拓扑优化,结构。多学科。优化。,42495-516(2010年)
[13] Kreissl,S。;Maute,K.,使用扩展有限元方法进行基于水平集的流体拓扑优化,结构。多学科。优化。,46, 311-326 (2012) ·Zbl 1274.76251号
[14] 嘉宾,J。;Prevost,J.,《使用Darcy-Stokes有限元对蠕变流体流动进行拓扑优化》,国际期刊Numer。方法工程,66,461-484(2006)·Zbl 1110.76310号
[15] Challis,V。;Guest,K.,Stokes流中流体的水平集拓扑优化,国际期刊Numer。方法工程,79,1284-1308(2009)·Zbl 1176.76039号
[16] Mukhijia,D。;Maute,K.,用扩展有限元法进行水平集拓扑优化的数值不稳定性,结构。多学科。优化。,49, 185-197 (2014)
[17] 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
[18] Higuera,F。;Succi,S。;Benzi,R.,具有增强碰撞的晶格气体动力学,欧洲物理。莱特。,9, 4, 345-349 (1989)
[19] 麦克纳马拉,G。;Zanetti,G.,《使用玻尔兹曼方程模拟晶格气体自动机》,Phys。修订稿。,61, 2332-2335 (1988)
[20] 陈,S。;Doolen,G.,流体流动的格子Boltzmann方法,年度。流体力学版次。,30, 329-364 (1998) ·Zbl 1398.76180号
[21] 库兹尼克,F。;奥布莱希特,C。;Rusaouen,G。;Roux,J.,使用GPU计算处理器进行基于LBM的流模拟,Compute。数学。申请。,59, 7, 2380-2392 (2010) ·Zbl 1193.76112号
[22] Ye,Y。;Li,K.,基于熵格子Boltzmann方法的高雷诺数流动模拟,在GPU上使用CUDA,计算。流体,88,241-249(2013)·兹比尔1391.76645
[23] M.吉野。;Matsuda,Y。;Shao,C.,格子Boltzmann方法和有限差分方法在粘性/热流体流动中的精度和效率比较,国际计算杂志。流体动力学。,18, 4, 333-345 (2004) ·Zbl 1221.76168号
[24] 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。多学科。优化。,34, 507-524 (2007) ·Zbl 1273.76341号
[25] Makhijia,D。;Pingen,G。;Yang,R。;Maute,K.,使用多松弛时间格子Boltzmann方法对多组分流动进行拓扑优化,计算。流体,67,104-114(2012)·兹比尔1365.76258
[26] Kreissl,S。;Pingen,G。;Maute,K.,《利用格子Boltzmann方法实现流体广义形状优化的显式水平集方法》,国际期刊Numer。方法流体,65496-519(2011)·Zbl 1428.74178号
[27] Pingen,G。;Maute,K.,使用拓扑优化方法进行非牛顿流的优化设计,计算。数学。申请。,59, 2340-2350 (2010) ·Zbl 1193.76113号
[28] Pingen,G。;韦德曼,M。;Evgrafov,A。;Maute,K.,流域拓扑优化的参数水平集方法,结构。多学科。优化。,41, 117-131 (2010) ·Zbl 1274.76183号
[29] Inamuro,T.,《带传热的不可压缩粘性流动的晶格动力学方案》,Philos。事务处理。R.Soc.A,数学。物理学。工程科学。,360, 1792, 477-484 (2002) ·Zbl 1018.76034号
[30] 垃圾,M。;Raghurama Rao,S.,Navier-Stokes方程的一种新的离散速度方法,计算机J。物理。,155178-198(1999年)·Zbl 0946.76077号
[31] Sone,Y.,《流体动力学方程运动方程法注释》(2000),Mekanik-KTH,皇家理工学院力学系:Mekanik-KTH(斯德哥尔摩皇家理工大学力学系)
[32] Succi,S.,《格子Boltzmann方程:流体动力学及其以外》(2001),牛津大学出版社·Zbl 0990.76001号
[33] Lallemand,P。;罗,L.,晶格玻尔兹曼方法理论:色散、耗散、各向同性、伽利略不变性和稳定性,物理学。版本E,61,6546-6562(2000)
[34] 特基泰克,M。;Bouzidi,M。;Dubois,F。;Lallemand,P.,参数识别的伴随晶格Boltzmann方程,计算。流体,35,8,805-813(2006)·Zbl 1177.76330号
[35] Pingen,G。;Evgrafov,A。;Maute,K.,流体动力学格子Boltzmann方法的伴随参数灵敏度分析及其在设计优化中的应用,计算。流体,38,4,910-923(2009)·Zbl 1242.76254号
[36] Pingen,G。;威德曼,M。;Evgrafov,A.,流域拓扑优化的参数水平集方法,结构。多学科。优化。,41, 117-131 (2010) ·Zbl 1274.76183号
[37] 塞巴斯蒂安,S。;西格蒙德,O。;Boyan,L.,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
[38] 杜加斯,F。;Favennec,Y。;Josset,C。;范,Y。;罗,L.,用伴随格子Boltzmann方法对热流体流动进行拓扑优化,J.Compute。物理。,365, 376-404 (2018) ·Zbl 1398.65134号
[39] 克劳斯,M。;Thäter,G。;Heuveline,V.,基于伴随点的流体流动控制和晶格玻尔兹曼方法优化,计算。数学。申请。,65, 945-960 (2013) ·Zbl 1319.76019号
[40] Mathias,J.,《在高性能计算机上使用格子Boltzmann方法进行流体流动模拟和优化》(2010年),博士论文
[41] Yaji,K。;山田,T。;M.吉野。;松本,T。;Izui,K。;Nishiwaki,S.,《使用包含水平集边界表达式的格子Boltzmann方法进行拓扑优化》,J.Compute。物理。,274, 158-181 (2014) ·Zbl 1351.76255号
[42] 何,X。;Luo,L.,不可压缩Navier-Stokes方程的格子Boltzmann模型,J.Stat.Phys。,88, 927-944 (1997) ·Zbl 0939.82042号
[43] 巴特纳加,P。;毛重,E。;Krook,M.,气体碰撞过程模型。I.带电和中性单组分系统中的小振幅过程,Phys。修订版J.,9411-525(1954年)·Zbl 0055.23609号
[44] 彭,Y。;舒,C。;Chew,Y。;Zheng,H.,《不可压缩粘性流动的新晶格动力学方案》,国际期刊。物理学。C、 1197-1213年9月15日(2004年)
[45] 山田,T。;Izui,K。;西瓦基,S。;Takezawa,A.,基于结合虚拟界面能量的水平集方法的拓扑优化方法,计算。方法应用。机械。工程,1992876-2891(2010)·Zbl 1231.74365号
[46] 刘,G。;盖尔,M。;刘,Z。;Krafczyk,M。;Chen,T.,基于广义格子Boltzmann方法的流体流动拓扑优化的离散伴随灵敏度分析,计算。数学。申请。,68, 1374-1392 (2014) ·Zbl 1367.76044号
[47] 铃木,K。;Inamuro,T.,《不可压缩粘性流体流动的改进晶格动力学方案》,国际期刊Mod。物理学。C、 第25、1条,第1340017页(2014年)
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