Multifidelity optimization strategy of the mixer coupled to a compressor for its integration in a Hyperloop vehicle with computational fluid dynamics.

Abstract

[ES] En el presente trabajo se expone un proceso de optimización geométrica multietapa del mezclador acoplado a la parte trasera de un compresor en su aplicación en el sistema propulsivo de un Hyperloop en condiciones de semivacío mediante herramientas de cálculo de fluidos computacional (CFD). Todo proceso de optimización geométrica exige una gran cantidad de cálculos que permitan adaptar el cuerpo a las condiciones fluidodinámicas. Por ello, teniendo en cuenta el alto coste computacional que supondría una optimización del conjunto del compresor y del mezclador juntos, se plantea como hipótesis inicial que el mezclador no tendrá una influencia aguas arriba en el fluido, por lo que su optimización se podría llevar a cabo de manera independiente. Por lo tanto, partiendo de unas condiciones de entrada impuestas a priori, se propone el siguiente proceso de optimización multifidelity, tanto bidimensional como tridimensional. El trabajo está compuesto por las siguientes secciones: una introducción, en la cual se justifica la aportación que supone al campo la introducción de un compresor al sistema propulsivo del Hyperloop; la metodología empleada, haciendo especial hincapié en la configuración computacional del caso; el proceso de optimización, con los desarrollos de los mismos y su influencia en la mejora de las condiciones fluidodinámicas que tienen lugar en el mezclador; y el acoplamiento con el compresor en el punto de diseño, que permita validar la hipótesis inicial mediante la cual se posibilitaba la optimización del mezclador por separado.

[EN] In the present work, a multistage geometrical optimization process of the mixer coupled to the rear part of a fan is exposed in its application in the propulsive system of a Hyperloop in semi-vacuum conditions by means of computational fluid calculation tools (CFD). Any geometric optimization process requires many calculations to adapt the body to the fluid dynamic conditions. Therefore, considering the high computational cost that an optimization of the compressor and mixer together would mean, the initial hypothesis is that the mixer will not have an upstream influence on the fluid, so its optimization could be carried out independently. Therefore, starting from previously imposed input conditions, the following multifidelity optimization process, both two-dimensional and three-dimensional, is proposed. The work is made up of the following sections: an introduction, in which the contribution that the introduction of a compressor to the Hyperloop propulsive system supposes to the field; the methodology used, with special emphasis on the computational configuration of the case; the optimization process, with their developments and their influence on the improvement of the fluid dynamic conditions that take place in the mixer; and the coupling with the compressor at the design point, which allows validating the initial hypothesis through which the optimization of the mixer separately was possible.