A otimização topológica com função objetivo baseada na intensidade do vórtice permite um novo furo de resfriamento por filme com desempenho superior

O resfriamento por filme é amplamente utilizado na proteção térmica de motores aeronáuticos modernos. A otimização do furo de resfriamento é uma questão importante nos projetos térmicos. Neste trabalho, uma otimização topológica baseada em densidade é conduzida para obter uma geometria de furo de resfriamento por filme de alto desempenho. Ao contrário dos objetivos de otimização tradicionais baseados na temperatura da parede, uma nova função objetivo baseada nos critérios Q é proposta, levando em consideração a dinâmica da vorticidade e a mistura do fluxo. Finalmente, um furo de resfriamento por filme exclusivo de alto desempenho é obtido, que mostra desempenho superior em comparação com o furo cilíndrico padrão, especialmente em altas razões de sopro. A eficácia do resfriamento por filme pode ser elevada em 51 vezes no caso de uma alta razão de sopro (M = 1.5). Análises dos vórtices e campos de velocidade sugerem que a presença do par de vórtices secundários adicionais melhora a adesão do ar de resfriamento à parede.