OPTIMIZACION DEL SISTEMA DE REFRIGERACIoN DE UN ALABE UTILIZANDO TECNICAS DE MALLAS SOLAPADAS Y COMPUTACION EN PARALELO. OPTIMIZATION OF A BLADE COOLING PASSAGES SYSTEM USING AN OVERSET GRIDS TECHNIQUE AND PARALLEL COMPUTING

STORTI, BRUNO; GARELLI, LUCIANO; STORTI, MARIO; D'ELIA, JORGE

Tucumán

Congreso; MECOM 2018 (XII Congreso Argentino de Mecánica Computacional); 2018

Instituto de Estructuras (IEST), Centro de Métodos Numéricos y Computacionales en Ingeniería (CEMNCI), Universidad Nacional de Tucumán

Resumen. El aumento del rendimiento de una turbina de gas depende casi estrictamente de la temperatura maxima de los gases de combustion. Dicha temperatura se encuentra limitada por la resistencia termo-mecanica de los alabes de la turbina. En este trabajo se propone un esquema de mallas solapadas tipo Chimera aplicado a la optimizacion de la conduccion termica de un alabe con el objetivo de minimizar su temperatura media. El metodo consiste en una malla de fondo fija, cubriendo todo el dominio, y mallas mas finas rodeando pasajes refrigerantes que se mueven libremente sobre el perfil buscando la mejor configuracion del sistema. El intercambio de informacion entre mallas se realiza mediante un algoritmo de interpolacion de tercer orden. Se resuelve un ejemplo numerico a modo de evaluar la convergencia espacial del metodo. La estrategia de optimizacion implementada consiste en utilizar un algoritmo basado en poblacion para acercarse a un probable minimo global, y luego refinar la solucion utilizado un algoritmo basado en gradiente. Tanto el computo de gradientes como las evaluaciones de la funcion objetivo de los optimizadores son realizados en paralelo. Se evaluan cuestiones como speedup y convergencia de los solvers.Abstract. Improvement of gas turbines performance depends almost strictly on maximum temperature of the combustion gases. This temperature is limited by thermo-mechanical strength of turbine vanes.In this work a Chimera approach for overlapping grids is proposed in order to solve a heat conduction optimization problem for minimizing the average temperature of a vane. The scheme is based on a fixed background mesh covering the entire domain, while finner meshes surrounding coolant passages can move around over the airfoil looking for the best configuration. Exchange of information between meshes is made by a third order interpolation algorithm. A numerical example is solved assesing the method spatial convergence. The optimization strategy proposed is built on the use of a population based algorithm to get close to a probable global minimum and then a refinement of the solution is made using a gradient-based optimizer. Gradients for the gradient-based optimizer are evaluated in parallel, and function evaluations for the gradient-free optimizers are distributed on each core. Speedup and convergence matters of optimizers are evaluated and discussed. Keywords: Chimera method, overlapping grids, parallel optimization, turbine vane, pyOpt.