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数学 > 优化与控制

arXiv:2412.19619 (math)
[提交于 2024年12月27日 ]

标题: 基于有限差分法的欧拉-欧拉模型颗粒流动拓扑优化问题

标题: Topology optimization for particle flow problems using Eulerian-Eulerian model with a finite difference method

Authors:Chih-Hsiang Chen, Kentaro Yaji
摘要: 颗粒流动处理广泛应用于各种工业应用和技术中。由于颗粒与流体之间复杂的相互作用,设计有效的颗粒流动处理装置具有挑战性。在这项研究中,我们提出了一种拓扑优化方法来设计能有效增强颗粒所受阻力的流动场。颗粒流动采用基于有限差分法的欧拉-欧拉模型进行模拟。通过检查点算法实现了自动微分以计算灵敏度。我们将优化问题表述为在减少流体功率损耗的同时最大化颗粒阻力力的变化。最初,我们通过颗粒流动问题的数值例子验证了有限差分流动求解器,并确认相应的拓扑优化产生了一个与基准问题相当的结果。此外,我们还研究了雷诺数和斯托克斯数对优化流动场的影响。数值结果表明,蛇形流动场可以有效地增强颗粒阻力力的变化。
摘要: Particle flow processing is widely employed across various industrial applications and technologies. Due to the complex interactions between particles and fluids, designing effective devices for particle flow processing is challenging. In this study, we propose a topology optimization method to design flow fields that effectively enhance the resistance encountered by particles. Particle flow is simulated using an Eulerian-Eulerian model based on a finite difference method. Automatic differentiation is implemented to compute sensitivities using a checkpointing algorithm. We formulate the optimization problem as maximizing the variation of drag force on particles while reducing fluid power dissipation. Initially, we validate the finite difference flow solver through numerical examples of particle flow problems and confirm that the corresponding topology optimization produces a result comparable to the benchmark problem. Furthermore, we investigate the effects of Reynolds and Stokes numbers on the optimized flow field. The numerical results indicate that serpentine flow fields can effectively enhance the variation in particle drag force.
主题: 优化与控制 (math.OC) ; 流体动力学 (physics.flu-dyn)
引用方式: arXiv:2412.19619 [math.OC]
  (或者 arXiv:2412.19619v1 [math.OC] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2412.19619
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Chih-Hsiang Chen [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2024 年 12 月 27 日 12:33:05 UTC (1,403 KB)
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