طراحي آيروديناميكي ديفيوزر تقارن محوري با استفاده از الگوريتم ژنتيك و روش طراحي معكوس گلوله- اسپاين

Aerodynamic design of axisymmetric diffuser via genetic algorithm and ball spine inverse design method

در تحقيق حاضر، طراحي آيروديناميكي يك ديفيوزر تقارن محوري به كمك تركيب حل كننده معادلات لايه مرزي، الگوريتم بهينه سازي ژنتيك و پياده سازي روش طراحي معكوس گلوله- اسپاين صورت مي‌گيرد. با تركيب كد عددي حل معادلات لايه مرزي با الگوريتم بهينه سازي ژنتيك، توزيع فشار ديواره ديفيوزر بگونه اي حاصل ميشود كه ماكزيمم بازيابي فشار بدون جدايش جريان حاصل گردد. بمنظور ارزيابي صحت عملكرد كد لايه مرزي توسعه داده شده، مقادير عددي با نتايج تحليلي بلازيوس و هوارت مقايسه ميگردد. سپس، توزيع فشار بهينه شده به عنوان «توزيع فشار هدف» براي طراحي معكوس انتخاب مي شود تا به وسيله آن هندسه متناظر با توزيع فشار بهينه، كه همان هندسه بهينه مي باشد، بدست آيد. براي انجام پروسه طراحي معكوس، الگوريتم طراحي معكوس گلوله-اسپاين بعنوان الگوريتم اصلاح هندسه با نرم افزار فلوينت بعنوان حل كننده جريان تركيب ميشود. پياده سازي اين روش توسط برنامه نويسي در نرم‌افزار فلوينت صورت مي‌گيرد. پس از اطمينان از صحت عملكرد و كارايي روش پيشنهادي طراحي معكوس، تاثير كمي اين روش در بهبود كارايي يك ديفيوزر تقارن محوري بررسي مي‌شود. نتايج شبيه سازي عددي ديفيوزر بهينه شده نشان مي‌دهد ضريب بازيابي فشار بطور قابل توجهي افزايش يافته است.

In this research, an aerodynamic design of axisymmetric diffuser is performed via linking a solver of boundary layer equations, Genetic Algorithm and Ball Spine inverse design algorithm (BSA). A numerical boundary layer code is incorporated to the genetic algorithm to reach an optimum pressure distribution on the diffuser wall in such a way that maximum pressure recovery is obtained without separation. To validate the developed boundary layer code, the calculated quantities are compared with Blasius and Howart’s analytical results. Then, the optimized pressure distribution is considered as the "target pressure distribution" for the inverse design algorithm to find out the relevant optimum geometry. For inverse design, Ball-Spine algorithm as the geometry modification algorithm is compined by the Fluent software as the flow solver. Implementation of this combination is completed through User Defined Function (UDF) feature of Fluent. Having examined the performance of the proposed inverse design method, quantitative effect of this method on the performance improvement of an axisymmetric diffuser is studied. The numerical results of the optimized diffuser shows that its pressure recovery coefficient has been increased considerably.