Numerische Optimierung dreidimensional parametrisierter ...

Verbesserungen an den numerischen Verfahren erreicht. Dies zeigt sich auch an dem oben aufgeführtenVergleich von Rechnung und anschließendem Experiment auf einer durchaus außergewöhnlichenGeometrie. Zur Gewinnung von Vertrauen in die eingesetzen Verfahren unddamit in das berechnete Optimum sind aber zum einen das Sammeln von Optimierungserfahrungenund zum anderen der Abgleich der numerischen Ergebnisse mit experimentellen Untersuchungennoch dringend erforderlich. Dabei soll ausdrücklich darauf hingewiesen werden,daß hierbei auch außergewöhnliche, unter normalen Gesichtspunkten verworfene Geometrien,untersucht werden sollten, um die technisch noch anwendbaren Grenzen der numerischen Verfahrenauszuloten. Ein erhebliches Potential, sowohl was die Rechneranforderungen bei Sensitivitätenbestimmungen(Gradientenbestimmung) betrifft, als auch deren qualitative Aussage(Rechenzeit unabhängig der Anzahl der Entwurfsvariablen, entsprechend Sensitivitäten) liegtnoch im Aufbau eines direkten adjungierten Verfahrens zur Strömungslösung.Der dritte Punkt besteht darin, die in der numerischen Lösung aufgelösten dreidimensionalenEffekte durch ein geeignetes Postprocessing zu erkennen und geeignet zu bewerten. DieserPunkt teilt sich dabei zum einen in eine automatisierte Auswertung während der Optimierungsdurchläufe,zum anderen in eine detaillierte manuelle Untersuchung der dreidimensionalenStrömungstopologie, z. B. der erhaltenen optimalen Konfiguration. Im ersten Fall ist dergeeignete Aufbau des Zielfunktionswerts aus mehreren Einzelwerten notwendig, um genau diegewünschten, oft auch nur lokalen Änderungen der Strömungstopologie durch die Änderungdes Zielfunktionswertes zu erfassen. Dies ist besonders entscheidend bei nur geringfügigengeometrischen Änderungen, wie z. B. bei Gradientenrechnungen. Eine Bewertung alleinanhand etwa der Nachkommastellen des Verlustbeiwerts kann aufgrund des Abbruchs einesiterativen Strömungslösers zu verfälschten Gradienten- und Zielfunktionsinformationen führen.Daraus ergibt sich zumindest eine Verschlechterung der Konvergenz des Verfahrens, wennnicht sogar der Verlust einer optimalen Lösung. Die integrale Bewertung einer Geometriesollte deswegen zumindest aus der Kombination von Totaldruckverlust, secondary kineticenergy, zur Bewertung der noch nicht ausgemischten Verluste und der Entropieerzeugungerfolgen. Zusätzlich sollten Kriterien die Details der Sekundärströmungen und der Umlenkaufgabeerfassen. Neben dem Zielfunktionswert ist es notwendig, das Optimierungsproblemdurch geeignete Nebenbedingungen zu definieren. Dies ist einerseits zwingend, um diegesetzte technische Aufgabe, wie die Umlenkung, zu definieren, andererseits muß die Stabilitätder numerischen Modelle und Werkzeuge gewährleistet bleiben. Die manuelle Auswertungeiner Strömungssituation muß es ermöglichen, die dreidimensionalen Strömungsphänomeneeinfach zu erfassen, um sie mit dem physikalischen Verständnis anhand ihrer Plausibilitätüberprüfen zu können. Zweidimensionale darstellende Verfahren stoßen hierbei oft an ihreGrenzen. Ein neuer Ansatz zur Verbesserung besteht hier in der dreidimensionalen Darstellungmittels Verfahren der virtuellen Realität 58 .104