Estudo de escoamentos turbulentos em torno de corpos rombudos e esbeltos de superfície hidraulicamente lisa ou rugosa utilizando o método de vórtices discretos
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Data
2023-03-06
Orientador
Bimbato, Alex Mendonça 
Coorientador
Pós-graduação
Engenharia Mecânica - FEG
Curso de graduação
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Dissertação de mestrado
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
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.
Resumo (inglês)
Several phenomena in nature and countless technological applications are based on the fluid-structure interaction, which occurs when a fluid flow interacts with a solid body. A better understanding of the physics that governs the fluid-structure interaction allows advances in the elucidation of scientific questions that are still open and in the development of new engineering applications. The objective of this work is to study the phenomena related to the fluid-structure interaction by studying the problem of the non-permanent, twodimensional, incompressible flow of a Newtonian fluid with constant properties, which interacts with a NACA 0012 profile with a smooth or rough surface, subjected to different angles of attack. The analyzes are conducted from numerical simulations using the Discrete Vortex Method (DVM). The DVM approximates the vorticity field through discrete Lamb vortices, which are distributed in the vicinity of solid boundaries to guarantee the non-slip boundary condition, necessary for the viscous Newtonian model. Lamb's discrete vortices are followed throughout the numerical simulation, which characterizes a Lagrangian description of the problem. The method is adapted to include the effects of turbulence and body surface roughness. The ability of the adapted code to reproduce the phenomena observed in experimental situations, such as the periodic oscillation of fluid dynamic loads in the flow around the cylinder and the stall phenomenon in the flow around the airfoil, is verified. In simulations involving surface roughness effects, the developed computational code is capable of simulating a drag crisis, typical of flows around the cylinder at high Reynolds number values, and the delay in the stall phenomenon, which occurs in airfoils. It is also verified the proximity of the average values of the drag and lift coefficients obtained numerically, with the experimental results available in the literature.
Descrição
Idioma
Português