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Towards Convolutional Neural Networks for Heat Exchangers in Electrified Aircraft

Bokil, Gaurav und Geyer, Thomas und Wolff, Sascha Dominik (2023) Towards Convolutional Neural Networks for Heat Exchangers in Electrified Aircraft. Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V.. Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2023, 2023-09-19 - 2023-09-21, Stuttgart. doi: 10.25967/610419.

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Kurzfassung

Heat exchangers (HEX) are one of the most crucial components in the thermal management system of future electrified aircraft. To precisely model the convective heat transfer, high-fidelity Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations are commonly carried out. However, due to their complexity, employing them in a design optimization loop is computationally expensive. This might lead to sub-optimal designs. One possible solution to solve this problem is to develop surrogate models to replace simulations with predictions. In recent trends, Convolutional Neural Networks (CNN) have shown large potential in modeling external aerodynamic flows. By employing this approach for heat exchangers, a geometry-adaptive U-net is developed to predict the velocity, pressure and temperature distribution of the air flow over various HEX fin configurations directly from geometry and boundary conditions. The model is trained on the steady state results obtained from solving unsteady Navier-Stokes equations using the open-source simulation toolkit Phiflow. The trained model is able to predict the flow fields for unseen fin configurations with an accuracy of 95 %. Moreover, it estimates the scalar pressure drop and temperature difference with an error of only 4 %. Due to the notably reduced computational cost compared to CFD simulations, the surrogate model can prove useful in performing rapid heat exchanger optimization to minimize pressure drop and maximize heat transfer.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/198703/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vorlesung)
Titel:Towards Convolutional Neural Networks for Heat Exchangers in Electrified Aircraft
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Bokil, Gauravgaurav.bokil (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5730-6284146607778
Geyer, Thomasthomas.geyer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2380-1188146607780
Wolff, Sascha Dominiksascha.wolff (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2023
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.25967/610419
Verlag:Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V.
Status:veröffentlicht
Stichwörter:convolutional neural network, surrogate modeling, computational fluid dynamics, convective heat transfer
Veranstaltungstitel:Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2023
Veranstaltungsort:Stuttgart
Veranstaltungsart:nationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:19 September 2023
Veranstaltungsende:21 September 2023
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L - keine Zuordnung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - keine Zuordnung
Standort: Cottbus
Institute & Einrichtungen:Institut für Elektrifizierte Luftfahrtantriebe
Hinterlegt von: Bokil, Gaurav
Hinterlegt am:14 Nov 2023 15:34
Letzte Änderung:24 Apr 2024 20:59

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