Multifidelity & multi-objective Bayesian optimization of hydrogen-air injectors for aircraft propulsion
Optimisation multi-fidélités et multi-objectifs d'injecteurs hydrogène-air pour la propulsion aéronautique
Résumé
The use of hydrogen as a fuel is a promising way to reduce the emissions of civil aviation but it requires the development of wholly new injectors for the combustion chamber. Thanks to the increase in available computing power, the application of optimization techniques combined with CFD computations is now possible to develop these injectors. Among the optimization approaches, Bayesian optimization is particularly relevant when the objective functions and constraints of the optimization problem are expensive to evaluate which is the case in CFD-based optimization. Besides, the use of a multifidelity strategy allows to reduce the simulation cost of the Bayesian method. Therefore, this paper investigates the application of a multifidelity and multi-objective Bayesian approach to improve the performances of a laboratory swirl injector using hydrogen and operating in conditions close to industrial targets. This optimization study combines LES simulations as high-fidelity model with 2D RANS simulations as low-fidelity.
L'utilisation de l'hydrogène comme carburant est une voie prometteuse pour réduire les émissions de l'aviation civile, mais elle nécessite le développement de nouveaux injecteurs pour la chambre de combustion. Grâce à l'augmentation de la puissance de calcul disponible, l'application de techniques d'optimisation combinées aux calculs CFD est désormais possible pour développer ce type d'injecteurs. Parmi les approches d’optimisation, l’optimisation bayésienne est particulièrement pertinente lorsque l’objectif, les fonctions et les contraintes du problème d'optimisation sont coûteuses à évaluer, ce qui est le cas dans l'optimisation basée sur la CFD. Par ailleurs, l'utilisation d'une stratégie multifidélités permet de réduire le coût d'optimisation de la méthode bayésienne. Par conséquent, cet article étudie l’application d’une approche bayésienne multi-fidélités et multi-objectifs pour améliorer les performances d'un injecteur tourbillonaire utilisant de l'hydrogène et fonctionnant dans des conditions proches des cibles industrielles. Cette étude d'optimisation combine les simulations LES comme modèle haute fidélité avec les simulations RANS 2D comme modèle basse fidélité.
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