Ottimizzazione fluidodinamica del sistema di scarico di un motore ad alte prestazioni

This thesis work aims to optimise the fluid dynamics of a component of the exhaust line of a high-performance engine. To be able to refine the fluid dynamics, it is necessary to modify the geometry of the component itself, which must therefore be parameterized according to the characteristics of the optimization. The simulation work was done through the use of three softwares: FreeCad with respect to the geometrical design of the component; OpenFoam for CFD and Dakota for automating and optimizing processes. These three are open source software that can interface with one another, a fundamental aspect for automating simulations. Each simulation is divided into two main parts: the first phase of DOE in which the performances of 50 geometries are calculated, so as to have a good set of points. The second is to apply to the set of points previously calculated a surrogate model, specifically Kriging, which autonomously searches for optimal configuration minimizing the functions of interest. The computational time required for this work is high, there have been some simulations that took more than four days to complete, this is mainly due to two factors: the size of the mesh and the degree of precision set in the calculations. The final result of the work was a complete optimization from the point of view of the NUI function, simulated and optimized for the flushing of all six cylinders of the bank.

Questo lavoro di tesi ha come obbiettivo l’ottimizzazione fluidodinamica di un componente della linea scarico di un motore ad alte prestazioni. Per potere perfezionare la fluidodinamica è necessario modificare la geometria del componente stesso, che deve quindi essere parametrizzata in funzione delle caratteristiche oggetto dell’ottimizzazione. Il lavoro di simulazione è stato svolto mediante l’utilizzo di tre software: FreeCad per quanto riguarda il disegno geometrico del componente; OpenFoam per i calcoli CFD e Dakota per l’automatizzazione e l’ottimizzazione dei processi. Tutti sono software open source in grado di interfacciarsi uno con l’altro, aspetto fondamentale per l’automazione delle simulazioni. Ogni simulazione si divide in due parti principali: la prima fase di DOE nella quale vengono calcolate le performance di 50 geometrie, in modo da avere un buon insieme di punti. La seconda prevede l’applicazione all’insieme di punti calcolati precedentemente un modello surrogato, nello specifico di Kriging, il quale autonomamente ricerca la configurazione di ottimo minimizzando le funzioni di interesse. L’onere computazionale richiesto per questo lavoro è alto, vi sono state alcune simulazioni che hanno richiesto più di quattro giorni per essere completate, ciò è dovuto principalmente a due fattori: la grandezza della mesh e il grado di precisione settato nei calcoli. Il risultato finale del lavoro è stato una ottimizzazione completa dal punto di vista della funzione NUI, simulata e ottimizzata per il flussaggio di tutti sei i cilindri della bancata.