مینیمم سازی نیروی درگ با Adjoint Solver، شبیه سازی با انسیس فلوئنت

روش های استفاده شده

ما در این پروژه از حل کننده الحاقی برای به دست آوردن داده های حساسیت استفاده کردیم. برای این منظور نیروی پسا (نیروی افقی ناشی از جریان آب) را قابل مشاهده تعریف کردیم. سپس از داده های حساسیت برای حل بهینه ساز مبتنی بر گرادیان استفاده کردیم. قبل از حل بهینه ساز مبتنی بر گرادیان، تنظیماتی را در تب Design Tool انجام دادیم. در قسمتی از ناحیه که باید اصلاح شود، کل دیوار دایره ای را برای تغییر شکل تعیین کردیم. سپس اطراف این دیوار دایره ای شکل مربع ایجاد کردیم. ما این مربع را ناحیه ای از دامنه در نظر گرفتیم که قرار است هندسه و تغییرات مش رخ دهد. هنگامی که شکل تغییر شکل می‌دهد و مرزهای آن جابه‌جا می‌شود، مش اطراف این ناحیه تغییر می‌کند.

برای اعمال تغییرات مش از تکنیک Mesh Morphing استفاده کردیم. سه روش برای شکل دهی مش وجود دارد: چند جمله ای، درون یابی مستقیم و توابع پایه شعاعی (RBF). در این پروژه از RBF برای شکل دهی مش استفاده کردیم. برای تابع پایه شعاعی، تغییر شکل مش از نقاط کنترل درون یابی می شود. در قسمت Objective مقدار تغییرات قابل مشاهده را تعیین کردیم. به این ترتیب نیروی کشش سی درصد کاهش می یابد. ما Design Number را روی ده قرار دادیم، بنابراین می توانیم سی درصد کاهش در نیروی پسا را در ده مرحله مشاهده کنیم.

نتایج

همانطور که گفتیم شبیه سازی حاضر در سه مرحله متوالی انجام می شود. بنابراین ما نتایج را در سه مرحله بررسی کردیم.

در شبیه سازی جریان معمولی، کانتورهای سرعت و فشار را به دست آوردیم. این کانتورها توزیع سرعت و فشار را در داخل دامنه نشان داد. کانتور فشار نشان می دهد که بیشترین فشار در جلوی سیلندر ظاهر می شود، زیرا مستقیماً در مسیر جریان آب قرار دارد. کانتور سرعت همچنین یک موج در پشت سیلندر را نشان می دهد که ناشی از جداسازی سیال است.

ما حساسیت را در حل کننده الحاقی تحلیل کردیم و سپس کانتور حساسیت شکل را در اطراف سیلندر به دست آوردیم. بیشترین حساسیت در قسمت های بالایی و پایینی سیلندر نشان داده شده است. به این معنی که جابجایی مرز و تغییر شکل شکل در این نواحی بیشترین تأثیر را بر میزان نیروی پسا دارد. بنابراین برای کاهش نیروی درگ باید روی قسمت های بالایی و پایینی هندسه تمرکز کنیم.

در  حل نهایی توسط بهینه ساز مبتنی بر گرادیان، هندسه دستخوش تغییر شکل می شود. این جابجایی و تغییر شکل منجر به به حداقل رساندن نیروی پسا می شود. نیروی پسا قبل از بهینه سازی برابر با 2.6684692 N بود. پس از انجام مراحل دوم و سوم این نیرو به مقدار 0.78095984 N رسید. بنابراین نتیجه می گیریم که نیروی پسا 70 درصد کاهش یافته است.

همچنین نمودار مکان نقاط مختلف را در دو حالت طراحی اولیه و بهینه نمایش دادیم.  تغییر شکل و جابجایی مرز قابل مشاهده است. حداکثر جابجایی مرزی برابر با 3.65042e-5 متر و میانگین جابجایی برابر با 1.75812e-5 متر است. مقایسه طرح ها نشان می دهد که مقطع عمود بر جریان باید کوچکتر باشد تا درگ کاهش یابد. بنابراین مدل دارای کشیدگی جزئی است. در نهایت می توان گفت که به هدف خود رسیدیم و نیروی پسا (درگ) را با بهینه سازی هندسی، کاهش داده ایم.