Estudo de Padrões de Rugosidade para a Redução do Arrasto

• Autor(a) principal: Parreiras, Helder Nuno Lopes
• Data de Publicação: 2014
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.6/6402
• topic: Arrasto de Fricção; Escoamento Turbulento; Modelo de Turbulência; Padrões Rugosos; Redução do Arrasto; Rsm; Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Outras Engenharias e Tecnologias

Os padrões rugosos alinhados na direcção do escoamento que cobrem a pele de tubarões (riblets), são reconhecidos pela capacidade de redução do arrasto de fricção em regime de escoamento turbulento. No entanto, o mecanismo que explica a sua eficácia não é ainda totalmente compreendido. Esta dissertação foca-se no estudo desses padrões, tendo como principal objecto de estudo a implementação e validação de uma ferramenta numérica capaz de prever a eficácia de diferentes geometrias de riblets na redução do arrasto de fricção. Os trabalhos numéricos descritos na literatura, adoptam maioritariamente, métodos numéricos computacionalmente bastante exigentes (Direct Numerical Simulation e Large-Eddy Simulation). Nesta dissertação é adoptado um modelo numérico, recorrendo ao software comercial Ansys Fluent e a recursos computacionais modestos de modo a permitir a sua utilização em ambiente industrial. Uma vez que o escoamento sobre os riblets é caracterizado por grande anisotropia da turbulência, adoptou-se o modelo de turbulência RSM baseado nas equações de transporte da taxa de dissipação específica , uma vez que resolve o escoamento próximo da superfície abdicando da utilização de funções de parede ao mesmo tempo que consegue captar os efeitos da anisotropia. Nesta dissertação é ainda analisada a eficiência dos riblets longitudinalmente senoidais, sendo os resultados contrapostos com os resultados numéricos da bibliografia. São também propostas novas geometrias e é analisado o efeito da assimetria na geometria de riblets na sua eficácia. Os resultados obtidos são comparados com os resultados numéricos e experimentais da bibliografia revelando concordância nas geometrias analisadas, pelo que o modelo de turbulência adoptado demonstrou ser adequado à modelação de riblets. Entre as geometrias analisadas os melhores resultados para a redução do arrasto de fricção, foram obtidos com a geometria rectangular, alcançando uma redução de arrasto de fricção próxima de 10%. As topologias assimétricas, apesar de não promoverem o aumento de eficiência do mecanismo, permitem construir riblets maiores sem prejudicar significativamente a sua eficácia na redução do arrasto de fricção, o que poderá ser um contributo importante para contornar o problema das dificuldades de produção dos riblets, pelo seu diminuto tamanho, é uma das maiores limitações para a sua aplicação à escala industrial.