Optimisation de forme d’échangeurs thermique en régime turbulent

Ce projet vise à utiliser la méthode ALE pour optimiser la forme d’échangeurs thermiques afin de maximiser l’énergie échangée par deux fluides. La méthode ALE permet la différentiation symbolique et donc l’utilisation d’algorithmes d’optimisation basés sur le gradient tels que MMA, SNOPT, ou IPOPT, pour une convergence rapide. En outre, l’utilisation de la méthode ALE permet la représentation explicite des domaines et des frontières du modèle. Ainsi la fonction objectif est évaluée sur le modèle direct, sans approximation.

Ceci est particulièrement intéressant pour un écoulement turbulent où le traitement à la paroi est déterminant pour la précision de la simulation.

Cette approche est testée sur une cellule d’un échangeur à plaque pour optimiser la forme de la plaque séparant les deux fluides afin de maximiser l’énergie échangée pour une perte de charge donnée. Afin de garantir une déformation suffisamment lisse un filtre est appliqué sur le champ de déformation calculé.

Les résultats attendus sont :

• la forme optimisée de l’échangeur,

• les champs de vitesse, pression et température dans les deux cavités,

• les températures des parois de l’échangeur.

L’énergie échangée dans la configuration optimisée sera comparée avec l’énergie échangée en utilisant une plaque de séparation plane pour la même perte de charge.

Bien que des pistes existent pour l’optimisation en régime transitoire, le projet se concentre actuellement sur l’optimisation en régime stationnaire. La méthode employée est applicable pour d’autres applications en thermique, avec ou sans écoulements et pour des régimes laminaires ou turbulents. Il n’y a pas de limitation a priori sur la taille ou la forme de la géométrie, seulement la méthode ne permet pas d’optimisation qui correspondrait à un changement de topologie. Les propriétés matériaux peuvent être constantes ou fonction de quantités calculées par le modèle, comme la température. L’écoulement peut être modélisé comme compressible ou incompressible.

Work In Progress