Multi-Fidelity Design Optimization of Francis Turbine Runner Blades

Ce projet de thèse propose une méthodologie Multi-Fidelity Design Optimisation (MFDO) qui vise à améliorer l'efficacité du processus de conception en génie mécanique. Cette méthodologie a été développée pour résoudre les problèmes liés à la conception mécanique des roues de turbines hydrauliques. Cette méthode peut être utilisée dans d'autres processus d'optimisation d'ingénierie, surtout si les processus d'optimisation sont coûteux. L'approche MFDO divise le coût informatique entre deux phases, une basse fidélité et une haute-fidélité. Cette méthode permet d'intégrer les avantages des évaluations à basse fidélité et haute-fidélité, et pour équilibrer le coût et la précision requise par chaque niveau de fidélité. Alors que la phase de basse fidélité contient la boucle itérative d'optimisation, la phase haute-fidélité évalue les candidats de conceptions prometteuses et calibre l'optimisation basse fidélité. La nouvelle approche de MFDO propose un Territorial-Based Filtering Algorithm (TBFA) qui relie les deux niveaux de fidélité. Cette méthode traite le problème que l'objectif d'optimisation à basse fidélité est différent de celui de la phase à haute-fidélité. Ce problème est commun dans les optimisations de substitutions basées sur la physique (par exemple en utilisant une analyse d'écoulement non visqueux à la place des évaluations d'écoulement visqueux). En fait, la vraie fonction n'est pas évaluable dans la phase basse fidélité due à l'absence de la physique impliquée dans ces évaluations. Par conséquent, les solutions dominantes de l'optimisation basse fidélité ne sont pas nécessairement dominantes du point de vue du véritable objectif. Par conséquent, le TBFA a été développé pour sélectionner un nombre donné de candidats prometteurs, qui sont dominants dans leurs propres territoires et qui sont assez différents du point de vue géométrique. Tandis que les objectifs de la phase haute-fidélité ne peuvent être évalués directement dans la phase basse-fidélité, certains objectifs peuvent être sélectionnés par des concepteurs chevronnés parmi des caractéristiques de conception, qui sont évaluables et suffisamment bien prédites par les analyses de basse fidélité. Des concepteurs expérimentés sont habitués à associer des objectifs de bas niveau à des bonnes conceptions. Un grand nombre d'études de cas ont été réalisées dans ce projet pour évaluer les capacités de la méthodologie MFDO proposée. Pour couvrir les différents types de roues de turbines Francis, trois roues différentes ont été choisies. Chacune d'elles avait ses propres défis de conception, qui devaient être pris en charge. Par conséquent, différentes formulations de problèmes d'optimisation ont été étudiées pour trouver la plus appropriée pour chaque problème en main.