Estudo de escoamentos turbulentos em torno de corpos rombudos e esbeltos de superfície hidraulicamente lisa ou rugosa utilizando o método de vórtices discretos

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Carvalho, Fabio Eduardo Ferraz de
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Corpos Esbeltos; Aerodinâmica; Rugosidade superficial; Estol; Método de Vórtices Discretos; Método de Painéis; Escoamento instável (Aerodinâmica); Métodos de simulação; Slender bodies; Aerodynamics; Surface roughness; Stall; Discrete vortex method; Panel method
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/11449/243937

Diversos fenômenos na natureza e inúmeras aplicações tecnológicas estão baseados na interação fluido-estrutura, a qual ocorre quando o escoamento de um fluido incide sobre um corpo sólido. Um melhor entendimento da física que rege a interação fluido-estrutura permite avanços na elucidação de questões cientificas que ainda estão em aberto e no desenvolvimento de novas aplicações de engenharia. O objetivo deste trabalho é o de estudar os fenômenos relacionados à interação fluido-estrutura a partir do problema do escoamento não permanente, bidimensional, incompressível, de um fluido newtoniano com propriedades constantes, que incide sobre um perfil NACA 0012 de superfície lisa ou rugosa, submetido a diversos ângulos de ataque. As análises são conduzidas a partir de simulações numéricas que utilizam o Método de Vórtices Discretos (MVD). O MVD aproxima o campo de vorticidade através de vórtices discretos de Lamb, os quais são distribuídos nas vizinhanças de fronteiras sólidas para garantir a condição de contorno de não deslizamento, necessária ao modelo viscoso Newtoniano. Os vórtices discretos de Lamb são acompanhados durante todo o tempo da simulação numérica, o que caracteriza uma descrição lagrangiana do problema. O método é adaptado para a inclusão dos efeitos de turbulência e de rugosidade superficial do corpo. Verifica-se a capacidade do código adaptado em reproduzir os fenômenos observados em situações experimentais, como a oscilação periódica das cargas fluidodinâmicas no escoamento ao redor do cilindro e o fenômeno de estol no escoamento ao redor do aerofólio. Nas simulações envolvendo efeitos de rugosidade superficial, o código computacional desenvolvido é capaz de simular a crise do arrasto, típica dos escoamentos ao redor do cilindro a altos valores de número de Reynolds, e o atraso no fenômeno de estol, que ocorre em aerofólios. Verifica-se, também, a proximidade dos valores médios dos coeficientes de arrasto e de sustentação obtidos numericamente, com os resultados experimentais disponíveis na literatura.