Topological optimization for solids under heat and mass transfer using boundary element

Abstract

The objetive of this work is to present the implementation of topologicalshape sensitivity formulation in a BEM analysis for simultaneous heat and mass transfer optimization problems. The proposed approach uses a topological derivative in order to estimate the sensitivity to create a hole in the domain of the problem. Thus, it is evaluated at internal points, and the ones showine the lowest values are used to remove material by opening a circular cavity. As the iterative process evolves, the original domain has holes progressively punched out until a given stop criteria is achieved. Since the sensitivities for each of the differential equations are different, a penalization-type approach has been used to weight the sensitives associated to each problem, This allows the imposition of district penalization factor for each problem, according to especified priorities. The result obtained showed good agreement with solutions avaliable in the literature.

El objetivo de este trabajo es presentar la aplicación de una formulación para el análisis de sensibilidad de forma y topologia utilizando elemetos de contorno en problemas de optimización involucrando transferencia simultanea de calor y masa. El enfoque propuesto usa la derivada topológica para estimar la sensibilidad a criar un agujero en el dominio de definición del problema. De este modo, la misma se evalua en puntos internos y aquellos que presentan los valores más bajos se utilizan para eliminar material mediante la apertura de una cavidad circular. A medida que el proceso iterativo evoluciona, el dominio se modifica progresivamente con la incorporación de más agujeros hasta que se alcanza un criterio de parada determinado. Puesto que las sensibilidades de cada una de las ecuaciones diferenciales son diferentes, un enfoque tipo penalización ha sido utilizado para ponderar las sensibilidades asociadas a cada problema. Esto permite la imposición de factores de penalización distintos para cada problema, de acurdo a prioridades específicas. Los resultados obtenidos mostraron una buena concordancia con soluciones disponibles em la literatura.