Otimização topológica de fluidos considerando escoamentos transientes e compressíveis

Resumo

O aquecimento global está entre os maiores desafios do século com consequências drásticas. Para mitigar as emissões de CO2, Captura e Armazenamento de Carbono (CCS) e a sua Utilização (CCU) oferecem meios de se atingir este propósito. Os processos de CCS convergem à etapa de compressão, responsável por 50% do desempenho do processo (Rodriguez, 2022). Atualmente, a disseminação da tecnologia CCS depende da melhoria do desempenho do compressor. Otimizações unidimensional, paramétrica e de forma são incapazes de lidar com o número de parâmetros associados à operação do compressor. Para superar estas dificuldades, a otimização topológica é ora sugerida, uma abordagem mais generalista, independente do projeto inicial. Uma formulação casos de escoamento estacionário já foi desenvolvida. Contudo, apesar de esforços anteriores, ainda não há uma metodologia equivalente para avaliar escoamentos compressíveis e transientes. Transiência está relacionada com a dinâmica de vórtices que conduz aos fenômenos de surto de pressão (surge) e estol, que afetam o desempenho do compressor e, assim, motivam o presente estudo. Visamos principalmente formular o problema de otimização, desenvolver a metodologia adequada e otimizar o projeto do rotor para se obter uma topologia do compressor menos suscetível ao fenômeno de desprendimento de vórtices, e portanto, ao surge. Simulações de volumes finitos serão conduzidas no OpenFOAM e a sensibilidade do problema será obtida através do método de elementos finitos, implementado no FEniCS. Desta forma, espera-se atingir a minimização do desprendimento de vórtices. Esta pesquisa se insere no projeto temático do Research Centre for Greenhouse Gas Innovation (RCG2I), CPE FAPESP-Shell Brasil.