الگوی رتبه‌کاستة طراحی معکوس و تحلیل جریان سیال با بهره‌گیری از مودهای ترکیبی هندسه و میدان جریان بر مبنای روش تجزیه متعامد بهینه

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیات علمی / آزمایشگاه پژوهشی توربولانس و دینامیک سیالات محاسباتی، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه قـم

2 پژوهشگر / آزمایشگاه پژوهشی توربولانس و دینامیک سیالات محاسباتی، دانشگاه قـم

چکیده

در این پژوهش به ارائة روشی برای تحلیل جریان غیرلزج و طراحی بهینة ایرفویل بر پایة الگوی رتبه‍کاستة تجزیة متعامد بهینه پرداخته شده ‍است. هدف این پژوهش توسعة الگویی رتبه‍کاسته است تا بتواند با استفاده از داده‌های حاصل از حل معادلة اویلر، طراحی بهینة سطوح ائرودینامیکی را انجام داده، به‌نحوی‍که هزینة محاسباتی طراحی در مقایسه با روش دینامیک سیالات محاسباتی به‌شدت کاهش ‌یابد. داده‍های ائرودینامیکی مورد نظر از شبیه‍سازی یک جریان غیرلزج و به ازای تغییرات پارامترهای مختلف هندسی به‌دست آمده‍اند. الگوی مورد بحث ترکیبی از روش تجزیة متعامد بهینه همراه با حل یک مسئلة کمینه‍سازی به‌منظور دستیابی به توزیع فشار یا هر معیار مطلوب دیگری است. به‌منظور بازسازی این الگو از نمایه‍های میدان فشار حول ایرفویل استفاده شده ‍است. در بخشی از این تحقیق به طراحی معکوس ایرفویل در فضایی خارج از نمایه­های موجود پرداخته شده ­است. نتایج از مدل رتبه‍کاستة حاضر با شبیه‍سازی‍های حاصل از حل دقیق مقایسه‌ شده که دقت در محاسبات را نشان می‍دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Reduced order model of inverse shape design and flow field analysis using combined form of geometrical and flow modes based on proper orthogonal decomposition

نویسندگان [English]

  • Mohammad Kazem Moayyedi 1
  • Morteza Marvi 2
چکیده [English]

This paper presents a method for inviscid airfoil analysis and design optimization that uses reduced order models based on proper orthogonal decomposition. The aim of this research is about development of reduced order approach which can perform optimum design of aerodynamic surfaces based on solution of Euler equations. This model is reduced cost of computations compared with CFD simulation approach. Aerodynamic data is obtained from an inviscid flow simulation code using different airfoil geometries. The outcome model is based on combination of Proper Orthogonal Decomposition (POD) method with solution of least squares problem to obtain the pressure distribution or any desired criteria. For reconstruction of this model, snapshot of airfoil surface pressure distribution has been used. In one of the sections of this paper presents the airfoil inverse design model for a case which is out of snapshots ensemble’s vector space. The obtained results from reduced order model are compared with direct CFD simulation and show good accuracy of the proposed approach.

کلیدواژه‌ها [English]

  • proper orthogonal decomposition (POD)
  • inverse design
  • reduce order model
  • airfoil design

[1] R. Everson, L. Sirovich, The Karhunen-Loeve for Gappy Data, J. Optical Society of America, Vol. 12, pp. 1657-1664, 1995.

[2] P. Holmes, J. L. Lumley, G. Berkooz, Turbulence, Coherent Structures, Dynamical Systems and Symmetry, Cambridge Monographs on Mechanics, Cambridge University Press, Cambridge, 1996.

[3] P. G. A. Cizmas, An Acceleration Approach for Reduced-order Models Based on Proper Orthogonal Decomposition, AIAA Paper, 2007-713, The 45th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno, Nevada, 2007.

[4] T. Bui-Thanh, M. Damodaran, K. Wilcox, Aerodynamic Data Reconstruction and Inverse Design Using Proper Orthogonal Decomposition, AIAA Journal, Vol.42, No.8, pp.1505-1516, 2004.

[5] P. A. LeGresley, J. J. Alonso, Investigation of Non-Linear Projection for POD Based Reduced Order Models for Aerodynamics’, The 39th AIAA Aerospace Science Meeting & Exhibit, Reno, Nevada, USA, 2001.

[6] M. Taeibi-Rahni, F. Sabetghadam, M. K. Moayyedi, M. Hdidoulabi, Fast Estimation of Aerodynamics Data Using Proper Orthogonal Decomposition’, The 10th Fluid Dynamics Conf., Yazd, Iran, 2006. (In Persian فارسی)

[7] M. K. Moayyedi, M. Marvi, M. Taeibi-Rahni, Development of Inverse Aerodynamics Design Model Based on Proper Orthogonal Decomposition Method, 1st Annual Conference on Aerodynamics and Hydrodynamics, Tehran, Iran, 2011 (In Persian فارسی)

[8] H. Lieu, C. Farhat, Adaptation of Aeroelastic Reduced-Order Models and Application to an F-16 Configuration, AIAA Journal, Vol. 45, No. 6, pp. 1244-1257, 2007.

[9] M. K. Moayyedi, Low-dimensional POD Simulation of the Unsteady Flows around Bodies with Arbitrary Shape, Ph.D. Dissertation, Department of Aerospace Engineering, Sharif University of Technology, 2009. (In Persian فارسی)