Multiflow design optimization

This thesis work has the aim to drive a workflow to study the influence of geometry changes in a multiflow and provide a better optimized design reducing the number of manual interactions. The multiflow is an internal component of a domestic refrigerator, placed in the back part of the refrigerator itself. It can be described as a duct that splits in two branches; every branch contains a certain number of outlets (e.g. two or three), located both on the side and on the top. Its task is to distribute the air in the refrigerator. The first step consists in creating and numerically validating a isothermal computational model of two different types of multiflows through the use of a CFD code. Different mesh typologies are created and the one that can guarantee an accurate CFD model and a good correspondence with the available experimental data is used. Once that the model is verified and validated, an automatization and definition of the design space is necessary. Then the optimization takes place, with the objectives of minimize pressure drops and maximize the outlet volumetric flow rates. The optimization is done through a DSE software, that allows to explore the design space and to obtain a Pareto frontier from which the optimal solution can be extracted. The optimization is based on a partial parameterization of the geometry; only the outlets are parameterized, rather than the entire geometry of the multiflows. Through a suitable experimental planning, in which the dimensions of the outlets change for every simulation, the optimum solution is obtained.

Il presente lavoro di tesi nasce con lo scopo di creare un flusso di lavoro per studiare l'influenza delle variazioni della geometria di un multiflow e di fornire un design ottimizzato riducendo il numero di interazioni manuali. Il multiflow è un componente interno di un frigorifero domestico, posto nella parte posteriore del frigorifero stesso. Esso può essere descritto come un condotto che si divide in due rami attraverso una biforcazione; ogni ramo è caratterizzato da un determinato numero di uscite (ad esempio, due o tre), poste sia sulla parte laterale che all'estremità superiore. Il compito di un multiflow è la distribuzione di aria nel frigorifero. Il primo passo consiste nel creare e validare numericamente un modello computazionale isotermo di due diversi tipi di multiflow attraverso l'utilizzo di un codice CFD. Vengono create diverse tipologie di mesh, tra le quali viene scelta quella che garantisce un modello CFD accurato e una buona corrispondenza con i dati sperimentali disponibili. Una volta verificato e validato il modello, sono necessarie un'automatizzazione e una definizione del design space. Quindi ha luogo l'ottimizzazione, che si pone come obiettivi la minimizzazione dei salti di pressione e la massimizzazione delle portate volumetriche in uscita. L'ottimizzazione viene svolta attraverso il software DSE, che consente di esplorare il design space e di ottenere il fronte di Pareto da cui estrapolare la soluzione ottima. L'ottimizzazione è basata su una parametrizzazione parziale della geometria; ciò significa che solo le dimensioni delle uscite saranno parametrizzate, e non l'intera geometria del multiflow. Attraverso un'opportuna pianificazione sperimentale, in cui le dimensioni delle uscite variano per ogni simulazione svolta, viene ottenuta la soluzione ottima.