Using the Vehicle Modeling Function, which can model various 3D nose shapes, nose shape optimization is performed to reduce the aerodynamic drag of the KTX Sancheon. 2D characteristic shapes of the KTX Sancheon nose were extracted and a base model of the KTX Sancheon was constructed for design optimization using the Vehicle Modeling Function. The design space was constructed with the base model and does not violate the shape constraints of commercial trains. Through nose shape optimization with the Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno algorithm, the aerodynamic drag of the optimized shape was reduced by 6% compared to that of the base model. The longer nose and sharper edge of the optimized shape weaken the vortices behind the last car and can reduce the aerodynamic drag.
Sa, J.H.;Park, S.H.;Kim, C.J.;Yun, C.Y.;Kim, S.H.;Kim, S.H.;Lee, J.W.
한국전산유체공학회:학술대회논문집
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2009.04a
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pp.51-56
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2009
Optimization with metamodel is one of numerical optimization methods. Response surface method is performed for making metamodel. The Hcks-Henne function is used for designing 2D shape of the airfoil and spring analogy is used to change the grid according to the change in shape of the airfoil. Aerodynamic coefficient required for response surface method are obtained by using Navier-Stokes solver with $\kappa-\omega$ shear stress transport turbulence model. For the baseline airfoils, OA 312, OA 309, and OA 407 airfoils select and optimize to improve aerodynamic performance.
One of the most important factors in tall buildings design in urban spaces is wind. The present study aims to investigate the aerodynamic behavior in the square and triangular footprint forms through aerodynamic modifications including rounded corners, chamfered corners and recessed corners in order to reduce the length of tall buildings wake region. The method used was similar to wind tunnel numerical simulation conducted on 16 building models through Autodesk Flow Design 2014 software. The findings revealed that in order to design tall 50 story buildings with a height of about 150 meters, the model in triangular footprint with aerodynamic modification of chamfered corner facing wind direction came out to have the best aerodynamic behavior comparing the other models. In comparison to the related reference model (i.e., the triangular footprint with sharp corners and no aerodynamic modification), it could reduce the length of the wake region about 50% in general. Also, the model with square footprint and aerodynamic modification of chamfered corner with the corner facing the wind could present favorable aerodynamic behavior comparing the other models of the same cluster. In comparison to the related reference model (i.e., the square footprint with sharp corners and no aerodynamic modification), it could decrease the wake region up to 30% lengthwise.
In this study, reliability-based design optimizations of airfoils were performed. PARSEC function was used to consider the uncertainty of the aerodynamic shape for the reliability-based shape optimization of airfoils. Among aerodynamic performance. The accuracy of the reliability analysis was compared with other method and it was found that the moment method predicts the probability accurately. Deterministic and reliability-based optimizations were performed for shape of the RAE2822 airfoil and it was demonstrated that reliability-based optimizations the aerodynamic performances under uncertainties of the shape of the airfoil.
A general approach of aerodynamic optimization of tall buildings is presented in this paper, focusing on how to best compromise wind issues with other design aspects in the most efficient manner. The given approach is reinforced by establishing an empirical method that can quickly assess the across-wind loads and accelerations as a function of building frequencies, building dimensions, aspect ratios, depth-to-width ratios, and site exposures. Effects of corner modifications, including chamfered corner and recessed corner, can also be assessed in early design stages. Further, to assess the effectiveness of optimization by tapering, stepping or twisting building elevations, the authors introduce a method that takes use of sectional aerodynamic data derived from a simple wind tunnel pressure testing to estimate reductions on overall wind loads and accelerations for various optimization options, including tapering, stepping, twisting and/or their combinations. The advantage of the method is to considerably reduce the amount of wind tunnel testing efforts and speed up the process in finding the optimized building configurations.
An efficient and high-fidelity design approach for wing-body shape optimization is presented. Depending on the size of design space and the number of design of variable, aerodynamic shape optimization process is carried out via different optimization strategies at each design stage. In the first stage, global optimization techniques are applied to planform design with a few geometric design variables. In the second stage, local optimization techniques are used for wing surface design with a lot of design variables to maintain a sufficient design space with a high DOF (Degree of Freedom) geometric change. For global optimization, Kriging method in conjunction with Genetic Algorithm (GA) is used. Asearching algorithm of EI (Expected Improvement) points is introduced to enhance the quality of global optimization for the wing-planform design. For local optimization, a discrete adjoint method is adopted. By the successive combination of global and local optimization techniques, drag minimization is performed for a multi-body aircraft configuration while maintaining the baseline lift and the wing weight at the same time. Through the design process, performances of the test models are remarkably improved in comparison with the single stage design approach. The performance of the proposed design framework including wing planform design variables can be efficiently evaluated by the drag decomposition method, which can examine the improvement of various drag components, such as induced drag, wave drag, viscous drag and profile drag.
Montoya, Miguel Cid;Nieto, Felix;Hernandez, Santiago
Wind and Structures
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v.32
no.4
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pp.355-369
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2021
Shape optimization of tall buildings is an efficient approach to mitigate wind-induced effects. Several studies have demonstrated the potential of shape modifications to improve the building's aerodynamic properties. On the other hand, it is well-known that the cross-section geometry has a direct impact in the floor area availability and subsequently in the building's profitability. Hence, it is of interest for the designers to find the balance between these two design criteria that may require contradictory design strategies. This study proposes a surrogate-based multi-objective optimization framework to tackle this design problem. Closed-form equations provided by the Eurocode are used to obtain the wind-induced responses for several wind directions, seeking to develop an industry-oriented approach. CFD-based surrogates emulate the aerodynamic response of the building cross-section, using as input parameters the cross-section geometry and the wind angle of attack. The definition of the building's modified plan shapes is done adopting the reduced basis approach, advancing the current strategies currently adopted in aerodynamic optimization of civil engineering structures. The multi-objective optimization problem is solved with both the classical weighted Sum Method and the Weighted Min-Max approach, which enables obtaining the complete Pareto front in both convex and non-convex regions. Two application examples are presented in this study to demonstrate the feasibility of the proposed strategy, which permits the identification of Pareto optima from which the designer can choose the most adequate design balancing profitability and occupant comfort.
Ku, Yo-Cheon;Rho, Joo-Hyun;Yun, Su-Hwan;Kwak, Min-Ho;Lee, Dong-Ho
Proceedings of the KSR Conference
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2008.06a
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pp.2218-2223
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2008
A nose shape is strongly related with the aerodynamic performances of train. Therefore shape definition and aerodynamic performance analysis are important for train nose shape design. In this study, a new design method was suggested for train nose shape design by configuration function. To this end, the nose shape was classified by box type and each box shape is defined. After that the 3-D shape of train was defined as several mathematical functions by combination of each box shape. Also it was shown that the wind shield of driver's seat and complex curves of surface can be expressed using superposition of functions. This methodology can be used for grid generation of numerical analysis, and applied to aerodynamic optimization design of nose shape.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.03a
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pp.756-760
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2008
Optimum shape of Double-cone supersonic inlet is studied by using numerical methods. Double-cone intake shape is used for the design optimization study. And the total pressure recovery at the exit is used to assess the aerodynamic performance of the inlet.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.9
no.2
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pp.143-149
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2016
In this study, a method for the multi-objective optimization of an impeller for a centrifugal compressor using fluid-structure interaction (FSI) and response surface method (RSM) was proposed. Numerical simulation was conducted using ANSYS CFX and Mechanical with various configurations of impeller geometry. Each design parameter was divided into 3 levels. A total of 15 design points were planned using Box-Behnken design, which is one of the design of experiment (DOE) techniques. Response surfaces based on the results of the DOE were used to find the optimal shape of the impeller. Two objective functions, isentropic efficiency and equivalent stress were selected. Each objective function is an important factor of aerodynamic performance and structural safety. The entire process of optimization was conducted using the ANSYS Design Xplorer (DX). The trade-off between the two objectives was analyzed in the light of Pareto-optimal solutions. Through the optimization, the structural safety and aerodynamic performance of the centrifugal compressor were increased.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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