Estudo numérico das condições de funcionamento de uma cascata de pás de compressor para motores de propulsão aeronáutica

• Autor(a) principal: Vinha, Nuno Filipe da Costa
• Data de Publicação: 2011
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.6/3646
• topic: Aeronáutica - Cascata de pás de compressor - Motor de propulsão; Aeronáutica - Cascata de pás - Avaliação de desempenho; Aeronáutica - Estator de compressor; Aeronáutica - Pás de difusão controlada

A presente dissertação baseia-se no estudo numérico das condições de funcionamento de uma cascata de pás de compressor, para motores de propulsão aeronáutica. O trabalho é iniciado com uma breve revisão bibliográfica acerca da evolução da forma das pás de compressor axial, começando com perfis de pás de primeira geração e continuando para a segunda geração de pás, de difusão controlada. O problema em estudo consiste na análise de desempenho das pás de estator de difusão controlada para o ponto de projecto, e em condições de funcionamento fora do ponto de projecto. Neste sentido, vários parâmetros de desempenho foram considerados, de modo a investigar a influência do ângulo de entrada do escoamento e do número de Reynolds sobre o desempenho do estator S67B. Estes incluem a distribuição de pressão em torno da superfície superior das pás, deflexão do escoamento, coeficiente de perdas de pressão de estagnação e factor de difusão. Os coeficientes de sustentação e de resistência ao avanço para a cascata de pás são depois calculados a partir dos valores obtidos para o coeficiente de perdas de pressão de estagnação e para o ângulo de saída do escoamento. As equações de governo do problema são as equações de Navier-Stokes para escoamento compressível e adiabático, com as condições de fronteira apropriadas. As equações de Navier-Stokes em termos dos valores médios (equações RANS) são de seguida resolvidas juntamente com os modelos de turbulência RNG, utilizando funções de parede, e SST, especialmente adaptado para resolver toda a camada limite. O código comercial FLUENT 6.3.26, sob licença da ANSYS, é utilizado, de modo a calcular a forma discretizada das equações de governo. Para o domínio computacional, foi desenvolvida uma malha estruturada entre duas pás adjacentes da cascata. O software GAMBIT 2.4.6 foi utilizado para a geração da malha. A presente dissertação inclui uma descrição completa das simulações numéricas efectuadas. Todas as simulações numéricas foram realizadas em condições de escoamento permanente, para um número de Reynolds no regime de 210.000 a 640.000. Vários valores para o ângulo de entrada do escoamento, em torno do ponto de projecto da cascata, foram considerados. As soluções numéricas foram minuciosamente analisadas, em termos da convergência e precisão. Resultados são obtidos para a distribuição do coeficiente de pressão estática, coeficientes de sustentação e de resistência ao avanço, deflexão, coeficiente de perdas de pressão de estagnação e factor de difusão, de modo a avaliar o desempenho da cascata. Para a validação do modelo numérico, os resultados são comparados com os obtidos para a modelação do escoamento invíscido e com dados experimentais retirados da literatura, em termos do coeficiente de pressão estática, nas condições de projecto. A dissertação termina com uma discussão detalhada das principais conclusões e recomendações finais para trabalhos futuros.