بهینه‌سازی توپولوژی هندسه یک کانال دارای سه خروجی با دبی‌های مشخص در خروجی‌ها

در مقاله حاضر، هندسه بهینه یک کانال چندراهی دوبعدی با یک ورودی و سه خروجی در عدد رینولدز re=10 مورد ارزیابی قرار گرفته است. در این ارزیابی، بهینه‌سازی توپولوژی بر اساس روش تخلخل و به کمک شبیه‌سازی شبکه بولتزمن صورت گرفته و درنهایت طرح بهینه با استفاده از آنالیز حساسیت یک تابع هدف ارائه شده است. برخلاف تحقیقات پیشین به جای ثابت نگاه داشتن عرض مجرا در خروجی‌ها، سرعت متوسط در این مقاطع یکسان در نظر گرفته شده است درحالیکه مقایسه نتایج نشان می‌دهد مقدار اتلافات انرژی در طرح‌ بهینه چندراهی به میزان 26.04 درصد کاهش خواهد یافت که این خود موید مزیت تغییر در عرض مجرا در مقایسه با تغییر در سرعت متوسط جریان است. در این حالت، شرایط هندسه مجرای ورودی شامل عرض و موقعیت مجرا نقش به سزایی در طرح نهایی خواهد داشت که پرداختن به آن هدف اصلی این تحقیق به شمار می‌رود. نتایج عددی حاکی از آن است که با فرض تغییرات خطی عرض مجرا در خروجی‌ها، کمترین افت توان جریان زمانی حاصل خواهد شد که عرض ورودی برابر با بزرگترین خروجی باشد. قراردادن ورودی در مقابل عریض‌ترین خروجی، هندسی نهایی را هموارتر از سایر حالات خواهد کرد اما این حالت از نظر اتلافات کاملاً بهینه نیست. برای رسیدن به کمترین اتلافات انرژی، ورودی جریان می بایست هم‌راستا با فضای میانی دو خروجی با عرض‌های متوسط و بزرگ قرار گیرد. در این حالت اتلافات به میزان 23.18% کمتر از حالتی است که ورودی در مقابل باریک‌ترین مجرا قرار گرفته باشد.

Optimal design of a threeoutlet channel with specified outlet flow rates using the topology optimization method

In the present paper, the optimal geometry of a twodimensional multichannel with one inlet and three outlets is investigated at Re=10. In this study, the topology optimization based on a porosity method using lattice Boltzmann simulation is adopted to find the optimal layout by computing the sensitivity analysis of an objective function. In contrary to previous studies of the channel with constant width of the outlets, the average velocity of the outlets is maintained as the same while the energy dissipation is reduced by 26.04% in comparison of the results, showing the adavntages of changing in width of ducts rather than the change in their average velocities. In this case, the geometry conditions for the inlet duct including width and position of the duct, play an important role in the final design as the main goal of this research. Assuming that the duct width in the outlets changes linearly, the numerical results showed that the equality of inlet width with the largest outlet caused the lowest power loss for the flow. The final geometry was getting much smooth when the inlet was located in front of the outlet with the largest width however it cannot be definitely optimum. In order to obtain the lowest energy loss, the inlet should be parallel to the space between the two outlets with medium and large widths. A reduction of 23.18% of loss was found in this case rather than the inlet was set in front of the duct having the smallest size.