Βελτιστοποίηση Γεωμετρίας Αεραγωγού Αυτοκινήτου - Panagiotidou, Marianna (Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών, 2019)
Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η χρήση μιας στοχαστικής μεθόδου και η εφαρμογή της (με τους κατάλληλους περιορισμούς) για τη βελτιστοποίηση του σχήματος του αεραγωγού ενός επιβατικού αυτοκινήτου ώστε να επιτευχθεί η ταχύτερη αποπάγωση/αποθάμβωση του ανεμοθώρακα (παρμπρίζ). Η βέλτιστη γεωμετρία μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως σημείο εκκίνησης της συζυγούς μεθόδου προκειμένου να βρεθεί η ολικά βέλτιστη γεωμετρία. Επιπλέον, μελετάται η επίδραση του πλάτους του αγωγού προκειμένου να βρεθεί μια κατάλληλη γεωμετρία για την περίπτωση εγκατάστασης συστήματος διαφανούς οθόνης δεδομένων στο παρμπρίζ (Head-Up Display, HUD) στο αυτοκίνητο. Η διαδικασία βελτιστοποίησης βασίζεται σε έναν εξελικτικό αλγόριθμο με μεταπρότυπα (MAEA). Χρησιμοποιείται η πλατφόρμα EASY που αναπτύχθηκε από τη Μονάδα Παράλληλης Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής & Βελτιστοποίησης του ΕΜΠ (ΜΠΥΡΒ/ΕΜΠ). Ένα επιπλέον εργαλείο που αναπτύχθηκε από τη ΜΠΥΡΒ/ΕΜΠ και χρησιμοποιήθηκε σε αυτή τη μελέτη είναι το εργαλείο μοντέλου παλινδρόμησης. Αυτή η μελέτη είναι η συνέχεια μιας σχετικής διπλωματικής εργασίας (της Λ. Γερμανού) στην οποία το πρόβλημα βελτιστοποίησης της απόδοσης αποπάγωσης εξετάστηκε αποκλειστικά με τη συζυγή μέθοδο και διεξήχθη ένα πείραμα για την επικύρωση των αποτελεσμάτων. Αυτή η διπλωματική εργασία ενσωματώνει σχεδιασμό τεχνικών πειραμάτων, μορφοποίηση πλέγματος, μοντέλα παλινδρόμησης και εξελικτικούς αλγορίθμους. Τα παραπάνω επιλέχθηκαν προκειμένου να εξαλειφθεί η εξάρτηση από την αρχικοποίηση των μεθόδων βελτιστοποίησης με βάση την κλίση καθώς και η ικανότητα μορφοποίησης περιορισμένης γεωμετρίας, λόγω της σταθερής τοπολογίας ως αποτέλεσμα της μείωσης της ποιότητας λόγω της ευαισθησίας του πλέγματος. Αναπτύχθηκε μια νέα αντικειμενική συνάρτηση που είναι πιο αντιπροσωπευτική του στόχου της αύξησης της αποπάγωσης και επομένως, περισσότερο κατάλληλη για την υπόψη μελέτη. Προκειμένου να αντιμετωπιστεί το πρόβλημα, είναι απαραίτητο να υπολογιστεί το ποσοστό της περιοχής του ανεμοθώρακα όπου η ταχύτητα είναι χαμηλότερη μιας ελάχιστης αποδεκτής τιμής για επαρκή αποθάμβωση και αποπάγωση. Υιοθετείται μια βηματική συνάρτηση, η οποία αποδίδει μηδενική κύρωση σε κελιά με ταχύτητα πάνω από την τιμή-στόχο και ενιαία ποινή οπουδήποτε αλλού, ως εργαλείο αξιολόγησης κατά τη διάρκεια της βελτιστοποίησης μέσω εξελικτικών αλγορίθμων. Ωστόσο, για να είναι συμβατή με το επόμενο βήμα βελτιστοποίησης, της συζυγούς μεθόδου, είναι αναγκαίο να εκφραστεί με μια διαφορίσιμη συνάρτηση. Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιείται μια σιγμοειδής συνάρτηση και καθορίζονται δύο όρια ταχύτητας, μια ελάχιστη αποδεκτή τιμή κάτω από την οποία αποδίδεται η μέγιστη ποινή και μια τιμή-στόχος πάνω από την οποία αποδίδεται μηδενική ποινή. Η φύση ελαχιστοποίησης του προβλήματος μπορεί να προσεγγιστεί ικανοποιητικά με τον καθορισμό κατάλληλων κατωτάτων ορίων βάσει των απαιτήσεων του προβλήματος και της εμπειρίας. Με αυτή τη μελέτη, προσδιορίστηκε μια νέα βέλτιστη γεωμετρία για την αρχική περίπτωση πλάτους. Αυτή η γεωμετρία έχει την ίδια πτώση πίεσης και ένα καλύτερο μοτίβο ταχύτητας, σε σύγκριση με το αρχικό. Μπορεί να τροφοδοτήσει τη μέθοδο βελτιστοποίησης με τη συζυγή τεχνική ως σημείο εκκίνησης για να βρει την ολικά βέλτιστη γεωμετρία. Επιπλέον, τα προκαταρκτικά βήματα βελτιστοποίησης για τον αγωγό μειωμένου πλάτους έδωσαν την κατάλληλη γεωμετρία για περαιτέρω βελτιστοποίηση με στοχαστικές και αιτιοκρατικές μεθόδους. Μεγάλο τμήμα της διπλωματικής εργασίας εκπονήθηκε στις εγκαταστάσεις της Toyota Motor Europe, στο Βέλγιο, υπό την επίβλεψη του μηχανικού κ. A. Delacroix.