Métodos inversos para o projeto aerodinâmico de grades de turbomáquinas axiais
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Data de Publicação: | 2003 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UNIFEI (RIUNIFEI) |
Texto Completo: | https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3517 |
Resumo: | Neste trabalho, são apresentados dois métodos inversos para o projeto de perfis aerodinâmicos isolados e em grades de turbomáquinas. O primeiro método é baseado em um algoritmo de correção iterativa com uma técnica de painéis eficiente para cálculo do escoamento potencial. São empregadas distribuições lineares de vórtices sobre os painéis e um procedimento consistente para aplicar a condição de Kutta, eliminando-se os carregamentos espúrios que normalmente ocorrem em perfis com bordo de fuga afilado. Para o cálculo dos elementos da matriz de influência, utiliza-se um esquema semi-analítico no caso de perfis em grade linear e puramente analítico no caso de perfis isolados. Partindo de uma geometria inicial, o algoritmo busca iterativamente as ordenadas de um aerofólio atendendo a uma distribuição de velocidade requerida no contorno, com abscissas fixas. O segundo método consiste em uma técnica numérica híbrida utilizando a combinação adequada de uma transformação conforme e o mesmo método de painéis, baseado em distribuição linear de vórtices. A técnica busca obter as coordenadas de um círculo ou de um quase-círculo no plano transformado, resultando num perfil aerodinâmico no plano físico, de forma a atender a uma distribuição de velocidades requerida de projeto, dada em função da coordenada natural do perfil. A aplicação da técnica de transformação conforme aumenta a precisão do procedimento inverso, atenuando sensivelmente as eventuais oscilações geométricas na região do bordo de ataque causadas pela variação de inclinação dos painéis durante o processo iterativo. Com isso, garante-se a geração de formatos aerodinâmicos suaves em todo o contorno. A nova geometria é obtida variando as inclinações dos painéis em função do excesso de velocidade normal induzido pela diferença entre as velocidades calculada e requerida. Ao final de cada iteração, aplica-se um esquema para garantir o fechamento do perfil. Vários casos de testes são apresentados para perfis isolados (Joukowski, Gostelow considerado isolado) e em grade linear (Weinig, Gostelow, e Joukowski considerado em grade). |
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O segundo método consiste em uma técnica numérica híbrida utilizando a combinação adequada de uma transformação conforme e o mesmo método de painéis, baseado em distribuição linear de vórtices. A técnica busca obter as coordenadas de um círculo ou de um quase-círculo no plano transformado, resultando num perfil aerodinâmico no plano físico, de forma a atender a uma distribuição de velocidades requerida de projeto, dada em função da coordenada natural do perfil. A aplicação da técnica de transformação conforme aumenta a precisão do procedimento inverso, atenuando sensivelmente as eventuais oscilações geométricas na região do bordo de ataque causadas pela variação de inclinação dos painéis durante o processo iterativo. Com isso, garante-se a geração de formatos aerodinâmicos suaves em todo o contorno. A nova geometria é obtida variando as inclinações dos painéis em função do excesso de velocidade normal induzido pela diferença entre as velocidades calculada e requerida. Ao final de cada iteração, aplica-se um esquema para garantir o fechamento do perfil. Vários casos de testes são apresentados para perfis isolados (Joukowski, Gostelow considerado isolado) e em grade linear (Weinig, Gostelow, e Joukowski considerado em grade).In this work, two inverse methods for isolated airfoil and turbomachinery cascades design are presented. The first method is based on an iterative correction algorithm with an efficient panel technique for potential flow calculations. Linear vortex distributions on the panels and a consistent procedure for imposing the Kutta condition are applied in order to eliminate the spurious aerodynamic loading that usually appears in the vicinity of a cusped trailing edge. A semi-analytical scheme is applied for calculating the influence matrix elements of cascade airfoils. The scheme is purely analytical for isolated bodies. The algorithm searches the airfoil ordinates attending to a given surface velocity distribution with fixed abscissas. The second proposed method is a hybrid numerical technique based on a suitable combination of conformal mapping and the linear vortex panel method cited above. The coordinates of a circle or quasi-circle in the transformed plane are searched in order to satisfy a required velocity distribution on the target airfoil contour at the physical plane. The velocity distribution is now prescribed as a function of the natural coordinate. The use of a conformal mapping increases the precision of the inverse procedure, by damping possible geometrical oscillations at the leading edge region caused by the panel slope variations during the iterative process. In this way, smooth aerodynamic shapes are guaranteed to be produced on the whole contour. The geometrical marching is conducted by varying the panel slopes as a function of the normal velocity excess induced by the difference between the required and calculated velocities. A scheme is applied in order to close the body shape. Various benchmark tests are presented for isolated airfoils (Joukowski and Gostelow as isolated airfoil) as well cascades (Weinig, Gostelow and Joukowski mounted in cascade).porUniversidade Federal de ItajubáPrograma de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia MecânicaUNIFEIBrasilIEM - Instituto de Engenharia MecânicaCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICAMétodos dos painéisMétodos inversosAerófilosGradesTurbomáquinasTransformação conformeMétodos inversos para o projeto aerodinâmico de grades de turbomáquinas axiaisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisMANZANARES FILHO, Nelsonhttp://lattes.cnpq.br/3703215687960139http://lattes.cnpq.br/1984194112324472PETRUCCI, Denis RinaldiPETRUCCI, Denis Rinaldi. Métodos inversos para o projeto aerodinâmico de grades de turbomáquinas axiais. 2003. 102 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2003.info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UNIFEI (RIUNIFEI)instname:Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI)instacron:UNIFEILICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/bitstream/123456789/3517/2/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD52ORIGINALTese_200331103.pdfTese_200331103.pdfapplication/pdf1201254https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/bitstream/123456789/3517/1/Tese_200331103.pdf23967146e2d99857d4984487098364afMD51123456789/35172023-02-23 16:46:35.386oai:repositorio.unifei.edu.br:123456789/3517Tk9URTogUExBQ0UgWU9VUiBPV04gTElDRU5TRSBIRVJFClRoaXMgc2FtcGxlIGxpY2Vuc2UgaXMgcHJvdmlkZWQgZm9yIGluZm9ybWF0aW9uYWwgcHVycG9zZXMgb25seS4KCk5PTi1FWENMVVNJVkUgRElTVFJJQlVUSU9OIExJQ0VOU0UKCkJ5IHNpZ25pbmcgYW5kIHN1Ym1pdHRpbmcgdGhpcyBsaWNlbnNlLCB5b3UgKHRoZSBhdXRob3Iocykgb3IgY29weXJpZ2h0Cm93bmVyKSBncmFudHMgdG8gRFNwYWNlIFVuaXZlcnNpdHkgKERTVSkgdGhlIG5vbi1leGNsdXNpdmUgcmlnaHQgdG8gcmVwcm9kdWNlLAp0cmFuc2xhdGUgKGFzIGRlZmluZWQgYmVsb3cpLCBhbmQvb3IgZGlzdHJpYnV0ZSB5b3VyIHN1Ym1pc3Npb24gKGluY2x1ZGluZwp0aGUgYWJzdHJhY3QpIHdvcmxkd2lkZSBpbiBwcmludCBhbmQgZWxlY3Ryb25pYyBmb3JtYXQgYW5kIGluIGFueSBtZWRpdW0sCmluY2x1ZGluZyBidXQgbm90IGxpbWl0ZWQgdG8gYXVkaW8gb3IgdmlkZW8uCgpZb3UgYWdyZWUgdGhhdCBEU1UgbWF5LCB3aXRob3V0IGNoYW5naW5nIHRoZSBjb250ZW50LCB0cmFuc2xhdGUgdGhlCnN1Ym1pc3Npb24gdG8gYW55IG1lZGl1bSBvciBmb3JtYXQgZm9yIHRoZSBwdXJwb3NlIG9mIHByZXNlcnZhdGlvbi4KCllvdSBhbHNvIGFncmVlIHRoYXQgRFNVIG1heSBrZWVwIG1vcmUgdGhhbiBvbmUgY29weSBvZiB0aGlzIHN1Ym1pc3Npb24gZm9yCnB1cnBvc2VzIG9mIHNlY3VyaXR5LCBiYWNrLXVwIGFuZCBwcmVzZXJ2YXRpb24uCgpZb3UgcmVwcmVzZW50IHRoYXQgdGhlIHN1Ym1pc3Npb24gaXMgeW91ciBvcmlnaW5hbCB3b3JrLCBhbmQgdGhhdCB5b3UgaGF2ZQp0aGUgcmlnaHQgdG8gZ3JhbnQgdGhlIHJpZ2h0cyBjb250YWluZWQgaW4gdGhpcyBsaWNlbnNlLiBZb3UgYWxzbyByZXByZXNlbnQKdGhhdCB5b3VyIHN1Ym1pc3Npb24gZG9lcyBub3QsIHRvIHRoZSBiZXN0IG9mIHlvdXIga25vd2xlZGdlLCBpbmZyaW5nZSB1cG9uCmFueW9uZSdzIGNvcHlyaWdodC4KCklmIHRoZSBzdWJtaXNzaW9uIGNvbnRhaW5zIG1hdGVyaWFsIGZvciB3aGljaCB5b3UgZG8gbm90IGhvbGQgY29weXJpZ2h0LAp5b3UgcmVwcmVzZW50IHRoYXQgeW91IGhhdmUgb2J0YWluZWQgdGhlIHVucmVzdHJpY3RlZCBwZXJtaXNzaW9uIG9mIHRoZQpjb3B5cmlnaHQgb3duZXIgdG8gZ3JhbnQgRFNVIHRoZSByaWdodHMgcmVxdWlyZWQgYnkgdGhpcyBsaWNlbnNlLCBhbmQgdGhhdApzdWNoIHRoaXJkLXBhcnR5IG93bmVkIG1hdGVyaWFsIGlzIGNsZWFybHkgaWRlbnRpZmllZCBhbmQgYWNrbm93bGVkZ2VkCndpdGhpbiB0aGUgdGV4dCBvciBjb250ZW50IG9mIHRoZSBzdWJtaXNzaW9uLgoKSUYgVEhFIFNVQk1JU1NJT04gSVMgQkFTRUQgVVBPTiBXT1JLIFRIQVQgSEFTIEJFRU4gU1BPTlNPUkVEIE9SIFNVUFBPUlRFRApCWSBBTiBBR0VOQ1kgT1IgT1JHQU5JWkFUSU9OIE9USEVSIFRIQU4gRFNVLCBZT1UgUkVQUkVTRU5UIFRIQVQgWU9VIEhBVkUKRlVMRklMTEVEIEFOWSBSSUdIVCBPRiBSRVZJRVcgT1IgT1RIRVIgT0JMSUdBVElPTlMgUkVRVUlSRUQgQlkgU1VDSApDT05UUkFDVCBPUiBBR1JFRU1FTlQuCgpEU1Ugd2lsbCBjbGVhcmx5IGlkZW50aWZ5IHlvdXIgbmFtZShzKSBhcyB0aGUgYXV0aG9yKHMpIG9yIG93bmVyKHMpIG9mIHRoZQpzdWJtaXNzaW9uLCBhbmQgd2lsbCBub3QgbWFrZSBhbnkgYWx0ZXJhdGlvbiwgb3RoZXIgdGhhbiBhcyBhbGxvd2VkIGJ5IHRoaXMKbGljZW5zZSwgdG8geW91ciBzdWJtaXNzaW9uLgo=Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unifei.edu.br/oai/requestrepositorio@unifei.edu.br || geraldocarlos@unifei.edu.bropendoar:70442023-02-23T19:46:35Repositório Institucional da UNIFEI (RIUNIFEI) - Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI)false |
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