Digitala Vetenskapliga Arkivet

Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Shape optimization of axial cooling fan via 3D CFD simulation and surrogate modeling
KTH, School of Engineering Sciences (SCI), Engineering Mechanics, Fluid Mechanics and Engineering Acoustics.
2021 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Formoptimering av axiel kylningsfläkt via 3D CFD-simulering och surrogatmodellering (Swedish)
Abstract [en]

Due to legislative reasons and environmental concerns the automotive and transport sector are shifting their focus from traditional internal combustion engine (ICE) vehicles to development of battery electric vehicles (BEVs). This brings new challanges to design of cooling systems where axial fans are one of the key components. Axial fans are usually designed with regards to a certain operating condition and outside this region the efficiency of the fan drops drastically. Due to difficulty in specifying the exact operational parameters when placed in a car, post-design optimization may be necessary to ensure maximized performance.

This thesis focuses on fan blade shape optimization through mesh morphing using the surrogate based optimization algorithm called Efficient Global Optimization (EGO). The target fans was a 9 bladed prototype fan by Johnson Electric with uneven blade spacing. The optimization uses steady state Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) simulations to evaluate the fan designs and a Bezier curve parametrization in order to change the fan blade shape together with mesh morphing. The simulation setup was evaluated before peceding with the optimization, and showed good agreement close to intended operational conditions. Differences in turbulence modeling treatments were also evaluated in order to have a satisfactory agreement with measurement data.

The EGO algorithm manages to provide fan designs with higher total-to-static efficiency at several different operational conditions. Evaluation of the optimized fan designs was limited to comparison with the provided measurement data and corrensponding simulations. Acoustic evaluation of selected fan designs is also attemped, but further work is required in order for the study to result in a quantitative comparison.

Abstract [sv]

På grund av lagstiftning och miljöpåverkan har bil- och transportindustrin börjat skifta fokus från traditionella förbränningsfordon till utveckling av batteridrivna elbilar. Med detta medföljer nya utmaningar kring kylsystemsdesign där axiella fläktar är en av huvudkomponenterna hos systemet. Axiella fläktar är vanligtvis designade kring ett specifikt drifttillstånd och utanför detta har fläkten avsevärt lägre verkningsgrad. På grund av svårigheter att specificera detta drifttillstånd med hög precision, speciellt när fläkten monteras i en bil, kan efterdesigns-optimering vara nödvändigt för att uppnå maximal prestanda.

Denna avhandling fokuserar på form-optimering av fläkt via mesh morphing med hjälp av den surrogat-baserade optimeringsalgoritmen Efficient Global Optimization (EGO). Fläkten som optimerades var en prototypfläkt designad av Johnson Electric med 9 fläktblad och icke-symmetriska mellanrum mellan bladen. I optimeringsprocessen användes icke-tidsberoende Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) simuleringar för att utvärdera fläktdesignerna och parametrisering med hjälp av Bezier kurvor och mesh morphing för att ändra fläktbladen. Simulerings-uppställningen utvärderades innan optimeringen och bra överensstämning nära avsett driftstillstånd kunde påvisas. Skillnader i turbulens-modelering utvärderades även för att få en tillfredställande överensstämning med mätdata.

EGO-algoritmen klarar att förse fläktdesigner med högre total-till-statisk verkningsgrad vid flera olika driftstillstånd. Utvärdering av fläktdesignerna var dock begränsad till jämförelse med mätdata och motsvarande simuleringsdata. En akustik utvärdering av utvalda fläkt-designer försöktes, men mer arbete krävs för att studien ska erhålla en kvantitativ jämförelse.

Place, publisher, year, edition, pages
2021. , p. 91
Series
TRITA-SCI-GRU ; 2021:354
Keywords [en]
Fan noise, shape optimization, mesh morphing, computational fluid dynamics, computational aeroacoustics, Efficient Global Optimization, Reynolds-averaged Navier-Stokes
National Category
Fluid Mechanics and Acoustics
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-305260OAI: oai:DiVA.org:kth-305260DiVA, id: diva2:1614088
External cooperation
Volvo Car Group
Subject / course
Fluid Mechanics
Educational program
Master of Science - Engineering Mechanics
Supervisors
Examiners
Available from: 2021-11-24 Created: 2021-11-24 Last updated: 2022-06-25Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(12074 kB)1526 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 12074 kBChecksum SHA-512
c57f36f856712341572121d04fa8e4491fe4dd1c2916fd866d96362c5b5feb8bdd0c18d9599ac89d2fefaca3b1c47e5c365dbb70daef4ff5cb6a01146e8d5b3c
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Fluid Mechanics and Engineering Acoustics
Fluid Mechanics and Acoustics

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 1527 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 602 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf