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Método de otimização topológica aplicado ao projeto de rotor e voluta de dispositivos de assistência ventricular baseados no efeito de viscosidade (princípio Tesla)

Processo: 17/27049-0
Modalidade de apoio:Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
Vigência (Início): 01 de maio de 2018
Vigência (Término): 28 de fevereiro de 2022
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Mecânica - Projetos de Máquinas
Pesquisador responsável:Emílio Carlos Nelli Silva
Beneficiário:Diego Hayashi Alonso
Instituição Sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:13/24434-0 - Sistemas propulsores eletromagnéticos para coração artificial implantável e dispositivos de suporte circulatório mecânico, AP.TEM
Assunto(s):Rotor   Bombas centrífugas   Viscosidade   Coração auxiliar
Palavra(s)-Chave do Pesquisador:Bomba centrífuga de múltiplos discos (bomba Tesla) | Dispositivos de assistência ventricular (DAVs) | Máquinas de Fluxo | otimização topológica | Projeto de rotores | Projeto de voluta | Otimização topológica

Resumo

Este trabalho se insere no escopo do projeto temático Sistemas Propulsores eletromagnéticos para coração artificial implantável e dispositivos de suporte circulatório mecânico, número FAPESP 2013/24434-0. Este trabalho se enquadra na linha de pesquisa de Dispositivos de Assistência Ventricular (DAVs), visando otimizar o desempenho de rotor e voluta de bombas de fluxo de pequena escala baseadas no efeito de viscosidade (bombas Tesla). Como DAVs são utilizados como substituição ou auxílio temporário do coração de um paciente, o aumento da sua eficiência em termos energéticos e redução de hemólise é de grande interesse. Esse aumento de eficiência pode ser obtido por meio de métodos de otimização, como o método de otimização topológica, que é capaz de criar o formato do rotor e da voluta. A modelagem será de fluido não-Newtoniano (sangue). A montagem do problema de otimização é feita com uma função multiobjetivo visando indiretamente minimizar a perda de carga causada pela dissipação de energia (de modo a minimizar a taxa de hemólise), minimizar o torque de acionamento, minimizar a vorticidade (de modo a diminuir a coagulação do sangue) e maximizar a carga manométrica no escoamento. O modelo de material a ser usado na otimização topológica é baseado no "método de densidade". A implementação numérica será feita na plataforma FEniCS, utilizando o método adjunto de cálculo de derivadas (dolfin-adjoint) e algoritmo de otimização de ponto interior (IPOPT). Os resultados de otimização topológica serão interpretados e fabricados utilizando manufatura aditiva (i.e., impressora 3D), sendo caracterizados experimentalmente em termos de vazão e carga manométrica geradas pelos protótipos. (AU)

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Publicações científicas (9)
(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)
ALONSO, DIEGO HAYASHI; SILVA, EMILIO CARLOS NELLI. Topology optimization for blood flow considering a hemolysis model. STRUCTURAL AND MULTIDISCIPLINARY OPTIMIZATION, v. 63, n. 5, . (14/50279-4, 17/27049-0, 13/24434-0)
ALONSO, DIEGO HAYASHI; NELLI SILVA, EMILIO CARLOS. Blood flow topology optimization considering a thrombosis model. STRUCTURAL AND MULTIDISCIPLINARY OPTIMIZATION, v. 65, n. 6, p. 25-pg., . (17/27049-0, 14/50279-4, 13/24434-0)
ALONSO, DIEGO HAYASHI; SILVA, EMILIO CARLOS NELLI. Topology optimization applied to the design of Tesla-type turbine devices. Applied Mathematical Modelling, v. 103, p. 28-pg., . (17/27049-0, 14/50279-4, 13/24434-0)
ALONSO, DIEGO HAYASHI; SAENZ, JUAN SERGIO ROMERO; SILVA, EMILIO CARLOS NELLI. Non-newtonian laminar 2D swirl flow design by the topology optimization method. STRUCTURAL AND MULTIDISCIPLINARY OPTIMIZATION, v. 62, n. 1, . (14/50279-4, 17/27049-0, 13/24434-0)
ALONSO, DIEGO HAYASHI; NOGUEIRA DE SA, LUIS FERNANDO; ROMERO SAENZ, JUAN SERGIO; NELLI SILVA, EMILIO CARLOS. Topology optimization based on a two-dimensional swirl flow model of Tesla-type pump devices. COMPUTERS & MATHEMATICS WITH APPLICATIONS, v. 77, n. 9, p. 2499-2533, . (14/50279-4, 17/27049-0, 16/19261-7, 13/24434-0)
MOSCATELLI, EDUARDO; ALONSO, DIEGO HAYASHI; NOGUEIRA DE SA, LUIS FERNANDO; PICELLI, RENATO; NELLI SILVA, EMILIO CARLOS. Topology optimisation for rotor-stator fluid flow devices. STRUCTURAL AND MULTIDISCIPLINARY OPTIMIZATION, v. 65, n. 5, p. 23-pg., . (14/50279-4, 19/01685-3, 18/05797-8, 21/02340-0, 13/24434-0, 17/27049-0, 20/15230-5)
PICELLI, RENATO; MOSCATELLI, EDUARDO; YAMABE, PAULO VINICIUS MIYUKI; ALONSO, DIEGO HAYASHI; RANJBARZADEH, SHAHIN; DOS SANTOS GIORIA, RAFAEL; MENEGHINI, JULIO ROMANO; SILVA, EMILIO CARLOS NELLI. Topology optimization of turbulent fluid flow via the TOBS method and a geometry trimming procedure. STRUCTURAL AND MULTIDISCIPLINARY OPTIMIZATION, v. 65, n. 1, . (13/24434-0, 17/27049-0, 19/01685-3, 14/50279-4, 18/05797-8)
ALONSO, DIEGO HAYASHI; GARCIA RODRIGUEZ, LUIS FERNANDO; SILVA, EMILIO CARLOS NELLI. Flexible framework for fluid topology optimization with OpenFOAM (R) and finite element-based high-level discrete adjoint method (FEniCS/dolfin-adjoint). STRUCTURAL AND MULTIDISCIPLINARY OPTIMIZATION, v. 64, n. 6, . (13/24434-0, 14/50279-4, 17/27049-0)
ALONSO, DIEGO HAYASHI; NOGUEIRA DE SA, LUIS FERNANDO; ROMERO SAENZ, JUAN SERGIO; NELLI SILVA, EMILIO CARLOS. Topology optimization applied to the design of 2D swirl flow devices. STRUCTURAL AND MULTIDISCIPLINARY OPTIMIZATION, v. 58, n. 6, p. 2341-2364, . (13/24434-0, 17/27049-0, 14/50279-4, 16/19261-7)
Publicações acadêmicas
(Referências obtidas automaticamente das Instituições de Ensino e Pesquisa do Estado de São Paulo)
ALONSO, Diego Hayashi. Otimização topológica para escoamentos 2D girantes com aplicação no projeto de um dispositivo de assistência ventricular.. 2022. Tese de Doutorado - Universidade de São Paulo (USP). Escola Politécnica (EP/BC) São Paulo.

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