Implementação de um algoritmo do método de multipolos rápidos para reduzir o tempo computacional associado a simulações numéricas lagrangianas destinadas ao estudo de escoamentos externos

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Vidille, Marilia Fernandes [UNESP]
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: método de vórtices discretos; método de multipolos rápidos; perfis aerodinâmicos; rugosidade superficial; estol; Movimento turbulento; Mecânica dos fluidos; Métodos de simulação
• Link de acesso: https://hdl.handle.net/11449/311954

Este trabalho apresenta a formulação matemática referente ao escoamento turbulento ao redor de corpos esbeltos. A análise do comportamento aerodinâmico de corpos esbeltos é fundamental para o estudo do que ocorre em problemas de engenharia, além da melhora e criação de novos projetos. Neste trabalho, pretende-se estudar os fenômenos físicos que ocorrem no escoamento não permanente, bidimensional e incompressível de um fluido newtoniano que incide sobre um perfil NACA 0012 hidraulicamente liso ou rugoso, analisando diversos ângulos de ataque, a fim de capturar o fenômeno do estol. Para realizar as simulações numéricas, utiliza-se o método de vórtices discretos, em que o escoamento é analisado a partir do acompanhamento, durante todo o tempo de simulação, de vórtices discretos de Lamb, o que evidencia a característica lagrangiana do método de solução. A grande dificuldade da utilização deste método é o tempo computacional elevado, devido à interação vórtice-vórtice, responsável por uma das parcelas do cálculo do campo de velocidades do escoamento. Tal dificuldade se deve à utilização da lei de Biot-Savart no cômputo desta interação. A fim de reduzir a utilização desta lei, o algoritmo acelerador do método de multipolos rápidos é implementado, permitindo a redução do tempo computacional das simulações numéricas. Com a redução do tempo de CPU das simulações numéricas, da ordem de 28%, para as simulações cujo erro numérico no cálculo do campo de velocidades, ao final da simulações, esteve controlado, permitindo bons resultados para coeficientes de sustentação e arrasto médios, foi possível realizá-las com um incremento de tempo menor, bem como analisar o efeito da inclinação do perfil aerodinâmico utilizando intervalos de ângulo de ataque menores, para se encontrar o ponto em que o fenômeno de estol ocorre com maior precisão. O fenômeno de estol, para o perfil, ficou no intervalo de ângulos de ataque de 14°, em que a perda de sustentação é iniciada, e 21°, em que a sustentação começa a ser recuperada, para o caso do perfil hidraulicamente liso. Para os casos de rugosidade superficial, nota-se que a recuperação da sustentação ocorre antes, sendo estes dados encontrados validados com aqueles presentes na literatura