Otimização Topológica da trajetória de escoamento de fluidos por software livre

• Processo: 21/11792-1
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de novembro de 2021
• Data de Término da vigência: 31 de outubro de 2022
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica
• Pesquisador responsável: Renato Picelli Sanches
• Beneficiário: Gabriel Akira Sato
• Instituição Sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 18/05797-8 - Abordando desafios de projeto de estruturas offshore através de otimização topológica multifísica, AP.JP
• Assunto(s): Geometria Software livre Otimização topológica Fluxo dos fluidos Método dos elementos finitos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Escoamento 2D Swirl | Fenics | Método dos Elementos Finitos | otimização topológica | Tobs | Válvula de Tesla | Otimização Topológica em Dinâmica dos Fluidos

Resumo

A Válvula de Tesla é um tipo de diodo fluídico que inibe o fluxo de um fluído de um ambiente para outro de forma passiva através de sua geometria fixa, ou seja, não apresenta nenhum componente móvel que inibe o fluxo, porém ainda permitindo que em alguns casos ocorra o sentido oposto. Existe um tipo específico de diodo fluídico de função semelhante à válvula de tesla utilizado para minimizar vazamentos em turbinas e compressores chamados selos labirintos, os quais atuam por exemplo em compressores de metano (CH4) e de dióxido de carbono (CO2), logo, otimizar dispositivos como este pode trazer grandes melhores relacionadas às emissões destes gases. Além disso, este caso se enquadraria em uma específica grande classe de problemas de escoamento de fluído do tipo 2D swirl em que apresentam um escoamento axissimétrico com (ou não) um escoamento rotacional em torno do eixo axissimétrico. O projeto de otimização do escoamento de fluidos viscosos é um tópico extremamente importante dentro da engenharia moderna. A implementação de algoritmos para resolver as equações que governam os fluidos, tais como o escoamento de Navier-Stokes incompressível incluindo ou não rotação, além dos próprios módulos de otimização, é muito desafiadora e computacionalmente cara. Esses esforços são minimizados ao se usar softwares de código aberto especializados. Este projeto de iniciação científica desenvolverá um script computacional baseado na biblioteca de código aberto FEniCS e no software disponível em www.github.com/renatopicelli/tobs com a implementação da abordagem otimização TOBS (do inglês, Topology Optimization of Binary Structures). O método TOBS oferece vantagens particulares em otimização de escoamento de fluido ao empregar variáveis de projeto binárias {0,1} para evitar a escala de cinza e obter fronteiras entre as regiões de sólido e líquido mais claras. Os scripts desenvolvidos serão utilizados para simular e projetar válvulas Tesla.