Simulação e otimização de compressores centrífugos para hidrogênio puro e para misturas de hidrogênio e metano

• Processo: 23/06391-3
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado Direto
• Data de Início da vigência: 09 de novembro de 2023
• Data de Término da vigência: 08 de novembro de 2024
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Engenharia Térmica
• Pesquisador responsável: Jurandir Itizo Yanagihara
• Beneficiário: Murillo Souza dos Santos Pereira Neto
• Supervisor: Matteo Pini
• Instituição Sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: Delft University of Technology (TU Delft), Holanda
• Vinculado à bolsa: 21/04538-1 - Simulação e otimização de um compressor centrífugo de hidrogênio em condições supercríticas, BP.DD
• Assunto(s): Análise de sensibilidade Dinâmica dos fluidos computacional Compressores Otimização Simulação por computador Hidrogênio
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: análise de sensibilidade | Cfd | Compressor | Fluidodinâmica Computacional | otimização | Simulação Computacional | Energia e Fluidos

Resumo

Métodos híbridos de otimização para projetos aerodinâmicos combinam métodos que não utilizam gradientes junto a métodos baseados em gradientes para se beneficiar de suas vantagens: ampla exploração do domínio de projeto, dos primeiros, e invariância do custo computacional em relação ao número de variáveis de projeto, dos últimos. Modelos de Superfícies de Resposta Aprimorados por Gradientes (GERSM) possuem potenciais similares a Modelos de Superfícies de Resposta acoplados a otimizadores, mas, como gradientes também são introduzidos na calibração dos metamodelos, a quantidade de simulações necessárias para se calibrar uma GERSM é substancialmente menor. Apesar dessas características, não foram encontrados trabalhos na literatura que realizem otimização de turbomáquinas radiais utilizando a abordagem GERSM acoplada a otimizadores. Logo, o principal projeto deste Projeto de Pesquisa é realizar a otimização, acoplada a uma GERSM, de um rotor radial e difusor com pás operando com H2+CH4. As informações requeridas serão calculadas com o software aberto SU2, o qual é capaz de resolver problemas multi-domínio de escoamentos turbulentos, compressíveis e não ideais. O código também é capaz de calcular sensibilidades (ou gradientes) de forma eficiente através do método adjunto. No entanto, o código ainda não é capaz de lidar com otimização de turbomáquinas operando com fluidos cujo comportamento termodinâmico seja descrito por tabelas termodinâmicas (LuT), tais como aquelas necessárias para modelar misturas de gases reais. Assim, a extensão do código SU2 para lidar com tais problemas também é um dos objetivos do presente projeto. De forma resumida, os objetivos do Projeto de Pesquisa para Estágio no Exterior são: 1) ganhar familiaridade com o software SU2; 2) verificar resultados obtidos com o SU2 em relação a resultados obtidos com o ANSYS CFX para um estágio de compressão radial (rotor + difusor) operando com H2+CH4; 3) implementar as linhas de código necessárias para a otimização com gases reais e misturas descritos por LuT's; 4) otimizar a geometria de um compressor para H2+CH4 utilizando o método baseado em gradientes implementado no SU2; 5) otimizar a geometria de um compressor para H2+CH4 utilizando uma GERSM acoplada a um otimizador. Por fim, os resultados obtidos serão utilizados para comparar custos, capacidades e limitações de diferentes abordagens de otimização. (AU)