Implementação e validação de código para cálculo aerotermodinâmico de bocais de exaustão não-ideais

Abstract

Este trabalho tem como objetivo analisar a influência da geometria, especificamente do ângulo de convergência, na eficiência de bocais propulsivos de motores turbojato em regime de escoamento subsônico. Diante da necessidade da indústria aeronáutica em reduzir custos operacionais e impactos ambientais, a otimização de componentes do motor torna-se necessária. A metodologia adotada integrou o desenvolvimento de um modelo analítico unidimensional em Matlab, fundamentado em coeficientes de perda, com simulações numéricas no software Ansys Fluent, utilizando o modelo de turbulência k−ω SST. Foram avaliados ângulos de convergência entre 3◦ e 24◦ em dois regimes operacionais: com e sem pós-queimador. Os resultados analíticos serviram como base para comprovar a validade do modelo numérico, assegurando a consistência física das simulações. Observou-se que a eficiência adiabática é inversamente proporcional ao ângulo de convergência. A análise indicou que as perdas em ângulos pequenos são dominadas pelo atrito, enquanto em ângulos maiores ocorrem pela separação do escoamento. Por fim, notou-se que o pós-queimador reduz minimamente a eficiência, confirmando que a geometria é um fator de desempenho preponderante.

This work aims to analyze the influence of geometry, specifically the convergence angle, on the efficiency of turbojet propulsive nozzles in subsonic flow regime. Given the aeronautical industry’s need to reduce operational costs and environmental impacts, engine component optimization becomes necessary. The adopted methodology integrated the development of a one-dimensional analytical model in Matlab, based on loss coefficients, with numerical simulations in Ansys Fluent software, using the k−ωSSTturbulence model. Convergence angles between 3◦ and 24◦ were evaluated in two operating regimes: with and without afterburner. The analytical results served as a basis to verify the validity of the numerical model, ensuring the physical consistency of the simulations. It was observed that adia batic efficiency is inversely proportional to the convergence angle. The analysis indicated that losses at small angles are dominated by friction, while at larger angles they occur due to flow separation. Finally, it was noted that the afterburner minimally reduces efficiency, confirming that geometry is a preponderant performance factor.