Ottimizzazione in correnti turbolente con il metodo delle equazioni aggiunte : sviluppo di una metodologia su piattaforma HPC

The present work deals with the problem of shape optimization in aerodynamics using adjoint equations, and describes the development of a numerical method based on open-source software. In the first part of the thesis, the adjoint RANS equations are considered and their mathematical derivation is described for a constrained optimization problem, with emphasis on incompressible turbulent flows. The frozen turbulence assumption is used. Every tool involved in the optimization loop is then considered in detail, focusing on both the CFD platform and the optimization program. After the validation of each single unit composing the workflow, the results obtained for the optimization of a NACA 0012 airfoil, with different objective functions and constraints, are presented as a first simplified test. In a next step, the Drivaer body, a car model created and freely distributed by TUM (Technische Universität München), is considered. The sensitivity of the model to pressure drag is computed, and the geometry is then deformed on the basis of the sensitivity map. The pressure distribution show a noticeable improvement, with drag coefficient reduced by 1.25 points (4.26 %).

Questo lavoro discute il tema dell'ottimizzazione di forma attraverso l'utilizzo delle equazioni aggiunte, sviluppando una metodologia basata sull'utilizzo di software open-source. Nella prima parte della tesi vengono analizzate le equazioni aggiunte e la loro derivazione matematica all'interno di un problema di ottimizzazione vincolata, particolarizzandole per il caso di correnti turbolenti incomprimibili nell'ipotesi di frozen turbulence. Successivamente sono trattati nel dettaglio tutti i componenti del loop di ottimizzazione, ponendo particolare attenzione sia alla piattaforma CFD utilizzata sia al programma di ottimizzazione vera e propria. Dopo la validazione dei singoli blocchi che costituiscono il work-flow, vengono presentati i risultati ottenuti per l'ottimizzazione di un profilo NACA0012, con differenti funzioni obiettivo e vincoli. Infine viene mostrata la sensitività rispetto alla resistenza di forma del DrivAer body, un' autovettura creata e liberamente distribuita dalla TUM (Technische Universität München). Questa geometria è stata deformata seguendo la mappa di sensitività calcolata e utilizzando i risultati in termini di coefficienti aerodinamici per la validazione della procedura sviluppata.