Optimización del Sistema de Refrigeración de un Álabe Utilizando Técnicas de Mallas Solapadas y Computación en Paralelo

Abstract

El aumento del rendimiento de una turbina de gas depende casi estrictamente de la temperatura máxima de los gases de combustión. Dicha temperatura se encuentra limitada por la resistencia termo-mecánica de los álabes de la turbina. En este trabajo se propone un esquema de mallas solapadas tipo Chimera aplicado a la optimización de la conducción térmica de un álabe con el objetivo de minimizar su temperatura media. El método consiste en una malla de fondo fija, cubriendo todo el dominio, y mallas más finas rodeando pasajes refrigerantes que se mueven libremente sobre el perfil buscando la mejor configuración del sistema. El intercambio de información entre mallas se realiza mediante un algoritmo de interpolación de tercer orden. Se resuelve un ejemplo numérico a modo de evaluar la convergencia espacial del método. La estrategia de optimización implementada consiste en utilizar un algoritmo basado en población para acercarse a un probable mínimo global, y luego refinar la solución utilizado un algoritmo basado en gradiente. Tanto el cómputo de gradientes como las evaluaciones de la función objetivo de los optimizadores son realizados en paralelo. Se evalúan cuestiones como speedup y convergencia de los solvers.