Otimização Topológica de Dispositivos de Escoamento

Nossa principal linha de pesquisa aplica otimização topológica ao projeto de dispositivos de escoamento — desde canais microfluídicos até turbomáquinas industriais. Desenvolvemos formulações inovadoras usando Programação Linear Inteira (ILP), derivadas topológicas e modelos de propagação contínua de condições de contorno. Contribuições principais:

• Otimização topológica de escoamentos usando ILP com variáveis de projeto binárias, eliminando problemas de escala de cinza
• Modelo de propagação contínua de condições de contorno para problemas multifísicos
• Algoritmos de aparamento geométrico que reduzem vazamentos em dispositivos otimizados
• Análise de sensibilidade adjunta discreta para escoamentos incompressíveis e compressíveis

Projeto de Células a Combustível (PEMFC & SOFC)

Aplicamos otimização topológica ao redesenho de canais de escoamento em células a combustível do tipo PEMFC e SOFC:

• Otimização multicamada pseudo-3D de PEMFCs bifásicas não isotérmicas, otimizando simultaneamente canais do ânodo e cátodo
• Otimização de campo de fluxo radial para PEMFCs circulares com modelos de gerenciamento de água
• Projeto de layout de canais de SOFC usando propagação de variáveis de projeto acoplada com modelagem multifísica 3D por FEM

Otimização de Escoamentos Compressíveis e Turbulentos

Pioneiros em formulações de otimização topológica para escoamentos subsônicos compressíveis e turbulentos rotativos:

• Otimização topológica de escoamentos compressíveis subsônicos usando modelos de material baseados em densidade
• Otimização de escoamentos turbulentos usando o modelo Spalart-Allmaras adaptado para referenciais rotativos
• Aplicações em difusores, bocais e componentes aerodinâmicos

Máquinas Rotativas e Selos Labirínticos

Projeto de rotores, bombas tipo Tesla e selos labirínticos via otimização topológica:

• Otimização simultânea de dispositivos rotor-estator com múltiplos componentes
• Otimização de bombas tipo Tesla baseada em modelos de escoamento 2D com swirl
• Projeto de selos labirínticos considerando escoamento turbulento compressível com validação experimental via protótipos impressos em 3D
• Formulações multi-objetivo combinando escoamentos direto e reverso (premiado como melhor apresentação oral no ETRI 2024)

Dispositivos Biomédicos

Aplicação de otimização e design generativo a dispositivos médicos:

• Projeto, otimização, fabricação e caracterização de bombas de assistência ventricular (VADs)
• Protótipos impressos em 3D validados experimentalmente para vazão e pressão
• Patentes para dispositivos de assistência ventricular

Graduação (Iniciação Científica & TCC)

Recebemos alunos de Engenharia Mecânica, Mecatrônica e áreas afins interessados em pesquisa prática. Os temas disponíveis estão na página de Pesquisa. Não é necessária experiência prévia em otimização — curiosidade e comprometimento são o que importa.

Requisitos: matriculado na Poli-USP ou instituição parceira, conhecimentos básicos de programação (Python ou MATLAB), interesse em métodos numéricos ou aprendizado de máquina.

Como se candidatar: envie seu histórico escolar e uma breve carta de interesse ao Prof. Sá pela página de Contato.

Mestrado & Doutorado

Vagas de pós-graduação estão disponíveis em todas as linhas de pesquisa: otimização topológica de dispositivos de escoamento, projeto de células a combustível, otimização de escoamentos compressíveis/turbulentos, selos labirínticos e design generativo com ML. Espera-se que os alunos desenvolvam pesquisa original, publiquem em periódicos internacionais e apresentem em conferências.

Requisitos: graduação em Engenharia, Física, Matemática Aplicada ou Ciência da Computação. Sólida formação em pelo menos uma das áreas: métodos numéricos / FEM, mecânica dos fluidos, otimização ou aprendizado de máquina. Experiência em programação (Python, C/C++ ou MATLAB).

Financiamento: as vagas são tipicamente financiadas por bolsas FAPESP, CNPq ou CAPES.

Como se candidatar: envie ao Prof. Sá seu CV, histórico acadêmico e uma breve proposta de pesquisa alinhada com uma das linhas do laboratório.

Pós-Doutorado

Oportunidades de pós-doutorado surgem periodicamente, geralmente vinculadas a projetos financiados (FAPESP, Shell/RCGI). Candidatos com experiência em otimização topológica, dinâmica dos fluidos computacional ou aprendizado de máquina científico são encorajados a entrar em contato.