{"id":22115,"date":"2025-05-13T10:35:33","date_gmt":"2025-05-13T08:35:33","guid":{"rendered":"https:\/\/greth.fr\/?p=22115"},"modified":"2025-10-27T17:09:30","modified_gmt":"2025-10-27T16:09:30","slug":"optimisation-topologique-des-echangeurs-de-chaleur-a-haute-efficacite-par-la-methode-level-set-et-ladaptation-anisotropique-de-maillage","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/greth.fr\/en\/optimisation-topologique-des-echangeurs-de-chaleur-a-haute-efficacite-par-la-methode-level-set-et-ladaptation-anisotropique-de-maillage\/","title":{"rendered":"Topology Optimization of High Efficiency Heat Exchangers using the Level Set Method and Anisotropic Mesh Adaptation"},"content":{"rendered":"<strong><span style=\"text-decoration: underline;\">Summary:<\/span><\/strong><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">This PhD considers the Optmization of Multi-Physics systems using the Level-Set Method for surface tracking and the Continuous Adjoint Method for sensitivity computation. It starts by addressing laminar incompressible flow problems, then expands to conjugate heat transfer systems. The optimization framework combines an immersed volume method for solving stabilized finite element formulations cast in the Variational Multiscale (VMS) framework with level set representations of the fluid-solid interfaces, used as a posteriori error estimator to minimize the interpolation error under the constraint of a prescribed number of nodes in the mesh. Both the resolution and remeshing steps are performed in a massively parallel framework, allowing for the optimization of large-scale systems. In particular, an original parallelization strategy is used for mesh adaptation that combines local remeshing performed sequentially and independently on each subdomain with blocked interfaces and constrained repartitioning to optimally move the interfaces between subdomains in an optimal way (both iterated until a satisfying mesh and partition are obtained). Numerical results are provided for several two- and three-dimensional problems of power dissipation minimization and\/or heat transfer enhancement, involving varying state degrees of freedom, going from several thousands (in 2d problems) to several dozen million (in 3d problems). The optimal designs agree well with reference results from the literature while providing superior accuracy over prior studies solved on isotropic meshes. The potential of the method for engineering problems of practical interest is eventually exposed by optimizing the distributor and collector sections conveying the cold fluid within the plates of a plate and fin heat exchanger.<\/p>\n<table border=\"1\" width=\"100%\">\n<tbody>\n<tr>\n<td><strong>Author<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>Wassim ABDEL NOUR<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td><strong>Date of presentation<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>2023, november 23th<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td><strong>Keywords<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>Fluid Mechanics, Topology Optimization, Level-Set Method, Anisotropic, Mesh Adaptation, Conjugate Heat Transfer, Heat Exchanger, Continuous Adjoint, Large-Scale Systems, Parallelization, Manifold<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n\n\n\n<div class=\"eds-animate edsanimate-sis-hidden\" data-eds-entry-animation=\"bounceIn\" data-eds-entry-delay=\"0\" data-eds-entry-duration=\"1\" data-eds-entry-timing=\"linear\" data-eds-exit-animation=\"\" data-eds-exit-delay=\"\" data-eds-exit-duration=\"\" data-eds-exit-timing=\"\" data-eds-repeat-count=\"1\" data-eds-keep=\"yes\" data-eds-animate-on=\"load\" data-eds-scroll-offset=\"\">\n\t\t<div class=\"box info\">\n\t\t\t<div class=\"box-inner-block\">\n\t\t\t\t<span class=\"fa tie-shortcode-boxicon\"><\/span>\n<p style=\"text-align: justify;\"><strong>&#x2666; The full version is only available for subscribers <a style=\"text-decoration: none;\" href=\"\/en\/offre-du-greth\/\"><span style=\"background-color: #3db2ea; color: #fff;\">\"ESSENTIEL\"<\/span><\/a> or <a style=\"text-decoration: none;\" href=\"\/en\/offre-du-greth\/\"><span style=\"background-color: #c6002c; color: #fff;\">\"PREMIUM\"<\/span><\/a> of GRETh!<\/strong><\/p>\n<p>&#x2666; If you are already a member \/ subscriber, you must identify yourself by <a href=\"\/wp-login.php\"><strong>clicking here<\/strong><\/a>.<br \/>\n&#x2666; If you are not a member, you can consult the offer proposed by GRETh by <a href=\"\/en\/offre-du-greth\/\"><strong>clicking here<\/strong><\/a> as well as the conditions of membership by <a href=\"\/en\/conditions-adhesion\/\"><strong>clicking here<\/strong><\/a>.\n\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t<\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>R\u00e9sum\u00e9 : Cette th\u00e8se aborde l&#8217;optimisation topologique des syst\u00e8mes multiphysiques en utilisant la m\u00e9thode Level-Set pour le suivi d&#8217;interface et la m\u00e9thode adjointe continue pour le calcul de la sensibilit\u00e9. Elle commence par aborder les probl\u00e8mes d&#8217;\u00e9coulements laminaires incompressibles, puis s&#8217;\u00e9tend aux syst\u00e8mes de transfert de chaleur conjugu\u00e9. Le cadre d&#8217;optimisation combine une m\u00e9thode de volume immerg\u00e9 pour r\u00e9soudre des formulations d&#8217;\u00e9l\u00e9ments finis stabilis\u00e9es int\u00e9gr\u00e9es dans le cadre de la m\u00e9thode de Variational Multiscale (VMS) avec des fonctions distances repr\u00e9sentants l&#8217;interface fluide-solide, utilis\u00e9es comme estimateur d&#8217;erreur a posteriori pour minimiser l&#8217;erreur d&#8217;interpolation sous contrainte d&#8217;un nombre prescrit de n\u0153uds dans le maillage. Les \u00e9tapes de r\u00e9solution et de remaillage sont toutes deux effectu\u00e9es dans un cadre massivement parall\u00e8le, permettant l&#8217;optimisation de syst\u00e8mes complexes. En particulier, une strat\u00e9gie de parall\u00e9lisation originale est utilis\u00e9e pour l&#8217;adaptation du maillage, qui combine le remaillage local effectu\u00e9 s\u00e9quentiellement et ind\u00e9pendamment sur chaque sous-domaine avec des interfaces bloqu\u00e9es et une r\u00e9partition contrainte pour d\u00e9placer de mani\u00e8re optimale les interfaces entre les sous-domaines (les deux sont it\u00e9r\u00e9s jusqu&#8217;\u00e0 obtenir un maillage et une partition satisfaisants). Des r\u00e9sultats num\u00e9riques sont fournis pour plusieurs probl\u00e8mes bidimensionnels et tridimensionnels de minimisation de perte de charges et\/ou d&#8217;am\u00e9lioration du transfert de chaleur, impliquant des degr\u00e9s de libert\u00e9 de l&#8217;\u00e9tat variables, allant de plusieurs milliers (dans les probl\u00e8mes en 2D) \u00e0 plusieurs dizaines de millions (dans les probl\u00e8mes en 3D). Les conceptions optimales concordent bien avec les r\u00e9sultats de r\u00e9f\u00e9rence de la litt\u00e9rature tout en offrant une pr\u00e9cision sup\u00e9rieure par rapport aux \u00e9tudes ant\u00e9rieures r\u00e9solues sur des maillages isotropes. Le potentiel de la m\u00e9thode pour les probl\u00e8mes d&#8217;ing\u00e9nierie d&#8217;int\u00e9r\u00eat pratique est finalement expos\u00e9 en optimisant les parties de distribution et de collection transportant le fluide froid \u00e0 l&#8217;int\u00e9rieur des plaques d&#8217;un \u00e9changeur de chaleur \u00e0 plaques et \u00e0 ailettes.<\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":960,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[20,21],"tags":[6899,6896,6403,6900,6897,6527,6895,6901,6894,6898],"class_list":["post-22115","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-documents","category-memoires-theses","tag-adjoint-continu","tag-distributeur","tag-echangeur-de-chaleur","tag-ligne-de-niveau","tag-maillage-anisotropique-adaptatif","tag-mecanique-des-fluides","tag-optimisation-topologique","tag-parallelisation","tag-systemes-complexes","tag-transfert-thermique-conjugue"],"yoast_head":"<!-- This site is optimized with the Yoast SEO Premium plugin v23.9 (Yoast SEO v27.3) - https:\/\/yoast.com\/product\/yoast-seo-premium-wordpress\/ -->\n<title>Optimisation Topologique des Echangeurs de Chaleur \u00e0 Haute Efficacit\u00e9 par la M\u00e9thode Level-Set et l&#039;Adaptation Anisotropique de Maillage - GRETh<\/title>\n<meta name=\"robots\" content=\"index, follow, max-snippet:-1, max-image-preview:large, max-video-preview:-1\" \/>\n<link rel=\"canonical\" href=\"https:\/\/greth.fr\/en\/optimisation-topologique-des-echangeurs-de-chaleur-a-haute-efficacite-par-la-methode-level-set-et-ladaptation-anisotropique-de-maillage\/\" \/>\n<meta property=\"og:locale\" content=\"en_US\" \/>\n<meta property=\"og:type\" content=\"article\" \/>\n<meta property=\"og:title\" content=\"Optimisation Topologique des Echangeurs de Chaleur \u00e0 Haute Efficacit\u00e9 par la M\u00e9thode Level-Set et l&#039;Adaptation Anisotropique de Maillage\" \/>\n<meta property=\"og:description\" content=\"R\u00e9sum\u00e9 : Cette th\u00e8se aborde l&#039;optimisation topologique des syst\u00e8mes multiphysiques en utilisant la m\u00e9thode Level-Set pour le suivi d&#039;interface et la m\u00e9thode adjointe continue pour le calcul de la sensibilit\u00e9. 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En particulier, une strat\u00e9gie de parall\u00e9lisation originale est utilis\u00e9e pour l'adaptation du maillage, qui combine le remaillage local effectu\u00e9 s\u00e9quentiellement et ind\u00e9pendamment sur chaque sous-domaine avec des interfaces bloqu\u00e9es et une r\u00e9partition contrainte pour d\u00e9placer de mani\u00e8re optimale les interfaces entre les sous-domaines (les deux sont it\u00e9r\u00e9s jusqu'\u00e0 obtenir un maillage et une partition satisfaisants). Des r\u00e9sultats num\u00e9riques sont fournis pour plusieurs probl\u00e8mes bidimensionnels et tridimensionnels de minimisation de perte de charges et\/ou d'am\u00e9lioration du transfert de chaleur, impliquant des degr\u00e9s de libert\u00e9 de l'\u00e9tat variables, allant de plusieurs milliers (dans les probl\u00e8mes en 2D) \u00e0 plusieurs dizaines de millions (dans les probl\u00e8mes en 3D). Les conceptions optimales concordent bien avec les r\u00e9sultats de r\u00e9f\u00e9rence de la litt\u00e9rature tout en offrant une pr\u00e9cision sup\u00e9rieure par rapport aux \u00e9tudes ant\u00e9rieures r\u00e9solues sur des maillages isotropes. Le potentiel de la m\u00e9thode pour les probl\u00e8mes d'ing\u00e9nierie d'int\u00e9r\u00eat pratique est finalement expos\u00e9 en optimisant les parties de distribution et de collection transportant le fluide froid \u00e0 l'int\u00e9rieur des plaques d'un \u00e9changeur de chaleur \u00e0 plaques et \u00e0 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