Shape Optimization Using the Adjoint Lattice Boltzmann Method for Aerodynamic Applications

Abstract

Mes remerciements vont en premier lieu à mon directeur de thèse Pierre Sagaut, qui a su me guider de façon avisée pendant ces trois années de thèse. Ses conseils toujours justes et ses remarques constructives m'ont été très utiles, et son accueil chaleureux ainsi que nos discussions instructives et sympathiques lors de mes venues dans la cité phocéenne m'ont permis de me sentir immédiatement la bienvenue. Je le remercie pour la confiance qu'il m'a accordée, et j'aimerais lui exprimer à travers ces quelques mots la profonde gratitude et reconnaissance que je lui porte. J'aimerais aussi remercier Denis Ricot, qui m'a introduite à la méthode de Boltzmann sur réseau, pour sa rigueur, son esprit critique et son encadrement efficace. Malgré son emploi du temps très chargé, je le remercie pour le temps qu'il m'a accordé afin de m'aider pendant ces trois ans. Je tiens également à exprimer mes remerciements à Guillaume Fritz, pour son rôle d'encadrant et pour sa patience. Sa lecture méticuleuse du mémoire de thèse, ainsi que ses conseils lors de la préparation de présentations, m'ont été d'une grande aide. J'aimerais également exprimer ma reconnaissance à Félix Gendre, pour nos discussions enrichissantes sur divers aspects de la méthode de Boltzmann sur réseau. Je remercie aussi les membres de la DEA-TDS4 pour leur accueil chez Renault. Enfin, je remercie Marc Albertelli dont les discussions sur la méthode adjointe et sur les méthodes d'optimisation de façon générale m'ont permis de me former en début de thèse. Je tiens aussi à remercier Sylvain Maillot pour sa gentillesse, sa générosité, et sa bonne humeur quotidiennes qui ont rendu ces trois années de thèse très agréables. Je remercie également François Dubois et Christophe Corre pour leurs rapports sur ce mémoire qui ont permis de soulever un certain nombre de points intéressants et de perspectives. J'exprime aussi mes remerciements à Grégoire Allaire pour l'intérêt qu'il a porté à mon travail et pour avoir accepté de présider le jury de thèse, ainsi que tous les membres du jury qui ont accepté de juger mon travail. Enfin, je tiens à remercier mes amis et mes parents qui m'ont soutenue et encouragée pendant ces trois années. Un merci particulier à ma mère qui m'a encouragée à poursuivre cette thèse, et à Anne, Emilie, Audrey et les autres qui se reconnaitront ... Pour finir, je remercie Alexandre pour son soutien infaillible, sa patience, et son optimisme quotidien. 1 Résumé Cette thèse a pour objectif le développement d'un solveur adjoint dans ProLB, le logiciel d'aérodynamique basé sur la méthode de Lattice-Boltzmann utilisé chez Renault. Ce solveur adjoint permet de calculer les sensibilités surfaciques des efforts aérodynamiques sur un obstacle, typiquement un véhicule, par rapport à la forme de celui-ci. L'objectif final est de le déformer, par des techniques de morphing basées sur une méthode de descente du gradient à pas constant, afin de réduire sa traînée aérodynamique. Dans un premier temps, l'étude de cas 2D laminaires permet de détailler le développement du...

ProLB: A lattice Boltzmann solver of large-eddy simulation for atmospheric boundary layer flows

“…LBM can be regards as a mesh-free method, which can significantly reduce the turnaround time including meshing compared with conventional methods. Thanks to its advantages, the LB methods quickly extended to large scale and spread toward exascale applications: automatic shape optimization of full-scale vehicles (Cheylan et al, 2019), urban scale environment flows (Ahmad et al, 2017;, meteorological flows (Feng et al, 2019a), and complex biological flows (Chateau et al, 2017) have been successfully addressed, often with outstanding results.…”

A Novel Surface Parametric Method and Its Application to Aerodynamic Design Optimization of Axial Compressors

“…At the end of the 1980s, the adjoint algorithm rose and developed rapidly in the field of aerodynamic optimization design [23,24]. Soon, this new method was valued by researchers in the field of turbomachinery, and achieved a lot of research results [25][26][27]. The adjoint method has an obvious advantage that the calculation cost of the optimization has nothing to do with the number of optimization variables, and the gradient of each design variable can be quickly obtained by solving the adjoint matrix, and the sensitivity of each variable can be obtained.…”

ProLB: A Lattice Boltzmann Solver of Large‐Eddy Simulation for Atmospheric Boundary Layer Flows

“…LBM can be regards as a mesh‐free method, which can significantly reduce the turnaround time including meshing compared with conventional methods. Thanks to its advantages, the LB methods quickly extended to large scale and spread toward exascale applications: automatic shape optimization of full‐scale vehicles (Cheylan et al., 2019), urban scale environment flows (Ahmad et al., 2017; Jacob & Sagaut, 2018), meteorological flows (Feng et al., 2019a), and complex biological flows (Chateau et al., 2017) have been successfully addressed, often with outstanding results.…”