Gradient-free and gradient-based methods for shape optimization of water turbine blade

Abstract

Účelem naší práce je vyvinout nástroj pro automatickou optimalizaci tvaru lopatek oběžného kola ve vodních turbínách, zejména v Kaplanově turbíně. Tok tekutin je simulován pomocí vlastního nestlačitelného turbulentního řešiče proudění založeného na isogeometrické analýze (viz např. J. A. Cotrell at al.: Isogeometric Analysis: Toward Integration of CAD and FEA, Wiley, 2009). Navrhovaný přístup automatické optimalizace tvaru je založen na takzvané hybridní optimalizaci, která kombinuje metody negradientní a gradientní. Jako negradientní metoda se používá metoda Particle Swarm Optimization (PSO). Gradientní část využívá kvazi-Newtonovu metodu implementovanou v softwarové knihovně IpOpt (Interior Point OPTimizer) a výpočet gradientu cílové funkce s ohledem k tvarovým proměnným je realizován pomocí automatického derivování počítačového kódu, které se provádí pomocí softwaru knihovny CoDiPack (Code Differentiation Package).