Συμβολή στη βελτιστοποίηση μορφής του γενικευμένου μοντέλου αυτοκινήτου DrivAer, με χρήση συζυγών μεθόδων και OpenFOAM - Πατέλης, Κωνσταντίνος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ρευστών. Εργαστήριο Θερμικών Στροβιλομηχανών, 2015)
Στόχος της παρούσας διπλωματικής είναι η προσαρμογή υπάρχουσας μεθόδου και αντίστοιχου λογισμικού που έχει αναπτυχθεί στη Μονάδα Παράλληλης Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής & Βελτιστοποίησης του Εργαστηρίου Θερμικών Στροβιλομηχανών (ΜΠΥΡ&Β/ΕΘΣ) του ΕΜΠ, για χρήση κατά την αεροδυναμική βελτιστοποίηση ενός γενικευμένου μοντέλου αυτοκινήτου, του DrivAer. Το DrivAer αποτελεί μία προσπάθεια να γεφυρωθεί το χάσμα ανάμεσα στα εξαιρετικά απλοποιημένα γενικευμένα μοντέλα που χρησιμοποιούνται στις αεροδυναμικές μελέτες και στην περιορισμένη εφαρμογή των αποτελεσμάτων μιας αεροδυναμικής μελέτης που εφαρμόστηκε σε ένα συγκεκριμένο μοντέλο της παραγωγής χάρη στο γεγονός ότι είναι διαμορφώσιμο και, άρα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μια πληθώρα αεροδυναμικών μελετών και βελτιστοποιήσεων. Τα αποτελέσματα που προκύπτουν από τη μελέτη του συγκεκριμένου μοντέλου μπορούν να χρησιμοποιηθούν στη συνέχεια για τη βελτιστοποίηση πραγματικών οχημάτων της παραγωγής. Στη διπλωματική αυτή εργασία παρουσιάζονται διαφορετικές διαμορφώσεις του DrivAer, στις οποίες πραγματοποιούνται βασικές αεροδυναμικές μελέτες. Στη συνέχεια, επιλέγεται μία από τις διαμορφώσεις αυτές στην οποία επικεντρώθηκε η προσπάθεια της αεροδυναμικής βελτιστοποίησης. Παρουσιάζονται τα βήματα που διέπουν τη διαδικασία της αεροδυναμικής βελτιστοποίησης και τα οποία πραγματοποιήθηκαν στο πλαίσιο αυτής της διπλωματικής εργασίας με τελικό στόχο τη μείωση της οπισθέλκουσας του οχήματος. Βασικό εργαλείο για την πραγματοποίηση της αρχικής αεροδυναμικής μελέτης αποτέλεσε το ανοιχτό λογισμικό OpenFOAM και βασικά εργαλεία βελτιστοποίησης αποτέλεσαν το λογισμικό συνεχών συζυγών μεθόδων για ασυμπίεστη τυρβώδη ροή και το λογισμικό μορφοποίησης πλέγματος με χρήση ογκομετρικών καμπυλών b-splines, που έχουν αναπτυχθεί από τη ΜΠΥΡ&Β/ΕΘΣ σε περιβάλλον OpenFOAM. Η συνεχής συζυγής μέθοδος υπολογίζει τις παραγώγους ευαισθησίας και παράγει τον χάρτη ευαισθησίας, δηλαδή το "χρωματισμό" της επιφάνειας του αυτοκινήτου που δείχνει την ένταση της παραγώγου της αντικειμενικής συνάρτησης, εδώ του συντελεστή οπισθέλκουσας, ως προς την κάθετη μετατόπιση κάθε σημείου της επιφάνειας αυτής. Με βάση αυτήν την πληροφορία επιλέχθηκαν από τον γράφοντα οι περιοχές στις οποίες επικεντρώνεται η προσπάθεια βελτιστοποίησης και στις οποίες εφαρμόζεται παραμετροποίηση με χρήση ογκομετρικών b-splines. Αρχικά, ο γράφων απέκτησε μία εξοικείωση με τη θεωρία και την εφαρμογή των ογκομετρικών b-splines μελετώντας και αναπτύσσοντας λογισμικό παραμετροποίησης σημείων βασισμένο σε αυτές. Στη συνέχεια, χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό μορφοποίησης πλέγματος που έχει αναπτυχθεί από τη ΜΠΥΡ&Β καθώς είναι προσαρμοσμένο να λειτουργεί στο περιβάλλον του OpenFOAM αλλά και να συνδυάζεται με το λογισμικό συνεχών συζυγών μεθόδων. Με χρήση των παραπάνω εργαλείων τα παραμετροποιημένα σημεία της επιφάνειας μετακινούνται με βάση τις παραγώγους ευαισθησίας και τελικά παράγεται μια νέα, βελτιωμένη επιφάνεια με μικρότερο συντελεστή οπισθέλκουσας. Αρχικά, για περαιτέρω εξοικείωση, η διαδικασία εφαρμόστηκε σε πιο απλές γεωμετρίες και, στη συνέχεια, χρησιμοποιήθηκε και στο αυτοκίνητο που μελετάται. Διερευνήθηκαν διάφορες περιοχές της επιφάνειας του αυτοκινήτου και το κατά πόσο η εφαρμογή των παραπάνω μεθόδων σε αυτές αποτελούν βελτίωση του αρχικού μοντέλου.