Tez Arşivi

Tez aramanızı kolaylaştıracak arama motoru. Yazar, danışman, başlık ve özete göre tezleri arayabilirsiniz.


Orta Doğu Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Havacılık ve Uzay Mühendisliği Anabilim Dalı

Aerothermodynamic shape optimization using DSMC and POD-RBF methods

DSMC ve POD-RBF yöntemleri kullanarak aerotermodinamik şekil optimizasyonu

Teze Git (tez.yok.gov.tr)

Bu tezin tam metni bu sitede bulunmamaktadır. Teze erişmek için tıklayın. Eğer tez bulunamazsa, YÖK Tez Merkezi tarama bölümünde 518321 tez numarasıyla arayabilirsiniz.

Özet:

This thesis study presents a hybrid method based on Proper Orthogonal Decomposition (POD) with Radial Basis Function (RBF), on Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) solutions for aerothermodynamic front surface optimization of Stardust re-entry. Gaussian and multiquadric RBFs are implemented for comparison, and multiquadric functions are chosen due to their insensitivity to diverse shape parameters. Cubic uniform B-spline curves are used innovatively for parameterization of the geometry change, instead of curve fitting the geometry itself. This makes possible to reduce the number of design variables. Gradient based optimization strategy is implemented by regarding the distributions of pressure, shear stress and heat flux along the surface of the geometries. DS2V two dimensional axisymmetric DSMC solver is used as the physics solver, and 11 species air model are chosen with 41 chemical reactions according to atmospheric conditions of the re-entry. Different geometries are obtained via deviating the design variables arbitrarily to form a snapshot pool. In this manner, the approximation success of the POD-RBF methodology is tested on highly nonlinear flow conditions with arbitrarily chosen design of experiment. Finally, the optimized geometries are simulated via DSMC code and the solutions are compared with the solutions of POD-RBF Reduced Order Model (ROM). Method lowered the optimization time extraordinarily and provided satisfactory results.

Summary:

Bu tez çalışması, Stardust atmosphere giriş aracının aerotermodinamik ön yüzey optimizasyonu için Doğrudan Benzetim Monte Carlo (DSMC) çözümleri üzerinde Radyal Temel Fonksiyonu (RBF) ile Uyumlu Dikayrışım Yöntemine (POD) dayanan bir melez yöntem sunmaktadır. Gauss tipi ve multikuadrik radyal temel fonksiyonları karşılaştırma için uygulanmıştır ve çeşitli şekil parametrelerine duyarsızlıklarından dolayı multikuadrik fonksiyonlar seçilmiştir. Kübik üniform B-spline eğrileri, geometriye eğri uydurmak yerine, geometri değişiminin parametrelendirilmesi için yenilikçi bir şekilde kullanılmıştır. Bu, tasarım değişkenlerinin sayısını azaltmayı mümkün kılar. Gradyan bazlı optimizasyon stratejisi, geometrinin yüzeyi boyunca basınç, kesme gerilmesi ve ısı akısının dağılımları ile gerçekleştirilir. DS2V iki boyutlu eksenel simetrik DSMC çözücü, fizik çözücü olarak kullanılır ve 11 tür içeren hava modeli, atmosphere giriş aracının atmosferik koşullarına göre 41 adet kimyasal reaksiyon içeren model ile birlikte kullanılır. İndirgenmiş model için çözüm havuzu, B-spline eğrilerinin parametrelerini rastgele değiştirerek elde edilir. Bu şekilde, POD-RBF metodolojisinin yakınsama başarısı, keyfi olarak seçilen deney tasarımı üzerinde yüksek nonlineerliğe sahip akış koşullarında test edilir. Son olarak, optimize edilmiş geometriler DSMC kodu ile simüle edilir ve çözümler POD-RBF indirgenmiş modelin çözümleri ile karşılaştırılır. Yöntem, optimizasyon süresini ciddi bir şekilde düşürmüştür ve tatmin edici sonuçlar vermiştir.