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Projeto de selos do tipo labirinto utilizando otimização topológica baseada numa abordagem de curvas de nível

Processo: 16/09923-2
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Vigência (Início): 01 de setembro de 2016
Situação:Interrompido
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Mecânica - Projetos de Máquinas
Convênio/Acordo: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Pesquisador responsável:Emílio Carlos Nelli Silva
Beneficiário:Hélio Emmendoerfer Junior
Instituição-sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
Bolsa(s) vinculada(s):18/21350-3 - Projeto de selos do tipo labirinto usando otimização topológica com multi-materiais baseada numa abordagem de curvas de nível, BE.EP.PD
Assunto(s):Método dos elementos finitos   Fluxo dos fluidos

Resumo

Este trabalho se insere no escopo do projeto do Centro Brasileiro de Pesquisa (CEPID) para Inovação em Gás, número Fapesp: 2014/50279-4, e visa otimizar o desempenho de selos labirinto, amplamente utilizados em turbomáquinas, que são por definição elementos de vedação sem contato. Vários estudos existentes na literatura, tanto experimentais quanto numéricos, são dedicados a escolher/testar as configurações geométricas de selos labirinto para um melhor desempenho nos equipamentos através do controle de escoamento. A importância destes estudos não se resume apenas ao fator eficiência, existe também o fator climático relativo à poluição do ar: fontes revelam que 60% das emissões de metano estão relacionadas aos vazamentos de dispositivos pneumáticos. A proposta desta pesquisa é ampliar os conceitos de projeto destes selos de vedação (que atualmente limitam-se a variar parâmetros geométricos de projetos existentes na literatura e na indústria) empregando os conceitos de Otimização Topológica (OT). Otimização Topológica é um método destinado a obter topologias com uma distribuição ótima de material, a fim de maximizar ou minimizar uma dada função objetivo. Devido à tendência tecnológica dos setores de energia para usar equipamentos operando com pressões cada vez mais elevadas, análises estruturais são impostas ao projeto através de restrições de tensão. Assim, o principal objetivo é reduzir o vazamento em selos labirinto através de projetos alternativos fornecidos pela OT e validados contra falha mecânica. Para este fim, o presente trabalho propõe uma metodologia para resolver um problema de OT de interação fluido-estrutura que minimize o escoamento sujeito a restrições de tensão local. Os domínios fluido e estrutural são modelados separadamente e interagem através de suas interfaces, cuja localização de aplicação do carregamento (pressão do fluido) varia durante o processo de otimização. Para a representação da topologia, utiliza-se a abordagem de curvas de nível (level set) que é considerada apropriada para o problema em análise, uma vez que a fronteira encontra-se claramente definida. (AU)

Publicações científicas
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
EMMENDOERFER, JR., HELIO; NELLI SILVA, EMILIO CARLOS; FANCELLO, EDUARDO ALBERTO. Stress-constrained level set topology optimization for design-dependent pressure load problems. COMPUTER METHODS IN APPLIED MECHANICS AND ENGINEERING, v. 344, p. 569-601, FEB 1 2019. Citações Web of Science: 0.
EMMENDOERFER, JR., HELIO; FANCELLO, EDUARDO ALBERTO; NELLI SILVA, EMILIO CARLOS. Level set topology optimization for design-dependent pressure load problems. INTERNATIONAL JOURNAL FOR NUMERICAL METHODS IN ENGINEERING, v. 115, n. 7, p. 825-848, AUG 17 2018. Citações Web of Science: 0.

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