بهينه سازي ايرفويل نوساني در جريان لزج با عدد رينولدز پايين با استفاده از روش الحاقي پيوسته بر روي شبكه نامنظم

Continuous adjoint shape optimization for low Reynolds number oscillating airfoils in viscous flow on unstructured grids

كاربرد‌هاي متنوع و روز افزون وسايلي كه در جريان با اعداد رينولدز پايين كار مي كنند، باعث بوجود آمدن نياز گسترده اي جهت بررسي دقيق آن‌ها شده است. بهينه سازي بخش مهمي از علوم محاسباتي است كه موجب بهبود عملكرد و افزايش كارايي هندسه اوليه مي‌شود. بيشتر مطالعات انجام گرفته در زمينه بهينه سازي آيروديناميكي معطوف به جريان‌هايي با عدد رينولدز بالا مي باشد، اما در وسايل آيروديناميكي كه ابعاد كوچكي دارند، مانند ريز پرنده‌ها، معمولا سرعت جريان پايين بوده و در نتيجه از نوسانات جريان كه به دليل جدايش ايجاد مي‌شوند نمي‌توان صرف نظر كرد. دراين مقاله ايرفويل نوساني با حركت پيچش خالص در جريان مغشوش با عدد رينولدز پايين با استفاده از روش الحاقي پيوسته بهينه سازي شده است. نسبت نيروهاي برا بر پسا به عنوان تابع هدف انتخاب شده و از تابع تغيير شكل آزاد براي گسسته سازي هندسه مورد نظر استفاده شده است. با توجه به اينكه بهينه سازي اجسام آيروديناميكي به طور كلي شامل دو بخش حل معادلات جريان و سپس محاسبه گراديان‌ها مي‌باشد، جهت ارزيابي ميزان دقت نتايج بدست آمده از فرايند بهينه سازي، در اين مقاله، اعتبارسنجي براي هر دو بخش صورت پذيرفته است. نتايج حاكي از همگرايي بسيار خوب معادلات الحاقي است. همچنين با ايجاد محدوديت‌هاي مناسب در فرايند بهينه سازي شكل باز طراحي شده داراي بيشترين بازده بوده بدون اينكه قابليت هاي اوليه آن دچار تغيير و دگرگوني شوند.

The growing and diverse applications of low Reynolds number operating vehicles have compelled researchers to study them more accurately. Optimization is an important part of computational science that can improve the performance and increase the efficiency of the initial geometry. Most of the research studies on aerodynamic optimization were focused on high Reynolds number airfoils. But for aerodynamic devices that have small dimensions, like MAVs, usually the flow speed is low and thus the unsteady effects caused by boundary layer separation cannot be neglected. In this article, oscillating airfoil with pitching motion in turbulent and low Reynolds flow has been optimized with the continuous adjoint method. Lift to drag ratio was chosen to be the objective function and free form deformation parameters is adopted for the surface geometry perturbations. Since aerodynamic optimization generally consists of two parts, first, solving the flow equation and then computing the gradient of the objective function, in this article in order to evaluate the accuracy of the optimization process both have been validated. The results show that the adjoint equation converges well and with specifying the suitable constraints, the designed shape approaches the most optimized level without the loss of performance. In a way that the ratio of lift to drag coefficient increases to 84% in such a case.