Estudo experimental da transição da camada limite sob a influência de um ressalto retangular

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Lázaro, Lenz Jossué López
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: boundary layer transition; bypass transition; ondas Tollmien-Schlichting (T-S); ressalto retangular; retangular bump; Tollmien Schlichting waves (T-S); transição abrupta; transição da camada limite
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18161/tde-28082025-074217/

Na indústria aeronáutica, garantir superfícies lisas nas aeronaves é de grande importância. Qualquer imperfeição pode ocasionar alterações significativas no desempenho aerodinâmico, resultando em um aumento substancial do coeficiente de arrasto global de uma aeronave. Com o objetivo de compreender os fenômenos envolvidos, este trabalho apresenta um estudo experimental dos efeitos de um ressalto retangular bidimensional com quinas vivas sobre os processos de transição da camada limite. A variação da altura da rugosidade localizada promove o crescimento de ondas de perturbação, até provocar a mudança do ponto de transição da camada limite de laminar para turbulento. Os experimentos foram conduzidos no Túnel de Vento de Baixo Ruído Acústico e Turbulência (LANT) da Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo. O modelo experimental consiste em uma placa plana de alumínio com um comprimento de 2, 00 m, contendo um ressalto fixado na posição x = O, 615 m a partir do bordo de ataque. O ressalto, possui uma largura de 30 mm e uma altura ajustável de até 20 mm. A altura do ressalto foi normalizada pela espessura de deslocamento da camada limite, δ*h, sendo os experimentos realizados até a razão de δ*h = 2, 7. Ao longo da placa plana foi determinado por meio de um ajuste de curva, um fator m = 0,0234, que indica um gradiente de pressão levemente favorável. Para as medições, foram empregadas duas técnicas principais: (i) o tubo de Preston, posicionado sobre a superfície da placa e deslocado ao longo da linha central para identificar o ponto de transição; e (ii) a anemometria à fio quente, utilizada para medir tanto a velocidade média quanto sua componente de flutuação em pontos específicos da região da camada limite. Os resultados experimentais revelaram o impacto da altura do ressalto retangular na intensificação das ondas Tollmien-Schlichting. Observou-se o crescimento das perturbações escalam com a potência ao quadrado de hδ*h, mostrando que os dados coletados seguem esse comportamento até valores de hδ*h ‹ 1. Adicionalmente, foi estudado o efeito do número de Reynolds baseado na espessura de deslocamento da camada limite no local do ressalto, revelando o aumento no valor de Δn qual indica a taxa de crescimento das ondas T-S influenciada pela altura do ressalto, isto para uma determinada frequência, conforme Reδ*h aumenta. Além disso, constatou-se que o local da transição desloca-se progressivamente a montante com o aumento da altura do ressalto, verificando assim que para o nível de turbulência atual do túnel de vento, o ressalto retangular tem um impacto maior na transição em comparação a um Backward Facing Step (BFS) ou um Forward Facing Step (FFS). Por fim, observou-se que há determinadas alturas em que a transição para o regime turbulento acontece imediatamente após o local do ressalto. Dessa forma, confirmou-se que o ressalto promove a transição com menores alturas em comparação a profundidades maiores de uma cavidade, quando normalizadas por δ*h. A compreensão desses fenômenos é essencial para uma avaliação mais precisa do desempenho aerodinâmico das aeronaves, contribuindo para o desenvolvimento de estratégias de projeto mais eficientes em futuras configurações aerodinâmicas.