Metodologia para análises aerodinâmicas de hélices

• Autor(a) principal: Loureiro, Eric Vargas
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFJF
• Texto Completo: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/13078
• topic: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA; Modelagem; Hélices; OpenFOAM; Modeling; Propellers

As hélices são amplamente utilizadas para diversas finalidades em nosso cotidiano. São dispositivos rotativos que podem gerar empuxo para um sistema quando acopladas a um motor, ou, quando acionadas pelo vento, capazes de transformar sua energia cinética de rotação em outro tipo de energia que seja do interesse do usuário. Devido a isso, análises aerodinâmicas são necessárias para avaliar o empuxo e o torque que as hélices são capazes de absorver ou entregar. Dentre as ferramentas disponíveis para tal fim, destaca-se a dinâmica dos fluidos computacional (CFD - Computational Fluid Dynamics), que foi usada por ser a mais completa, sendo capaz de incorporar mais informações no processo de modelagem. Em geral, as principais preocupações com o uso do CFD se encontram na complexidade de sua geometria, que na maioria das vezes não é disponibilizada pelo fabricante, na geração da malha e no uso dos métodos numéricos apropriados para solucionar o problema. O emprego da CFD para a obtenção do empuxo e torque de hélices é o principal objetivo desta pesquisa. Para tal, foi utilizado o software livre e aberto OpenFOAM. Se tratando disso, o domínio computacional é subdividido em dois subdomínios, o rotativo que compreende a hélice e uma região externa estacionária. A ferramenta computacional tem que ser capaz de captar o movimento do domínio rotativo da hélice e transferir as informações para o restante do domínio computacional que é estacionário. Nas interfaces entre ambos, não há um perfeito encaixe entre os nós e os elementos de uma malha para a outra. Contudo, a técnica numérica utilizada garante a correta transferência de informações. Além disso, devido às características do fluxo, modelos de turbulência devem ser incorporados para representar todo o comportamento do sistema adequadamente. A metodologia aqui proposta consiste em utilizar a CFD e comparar as respostas em termos de empuxo e torque para algumas condições operacionais de três exemplos de hélices. Nas comparações, quando pertinente, adotam-se condições de contorno e técnicas numéricas semelhantes. Há, ainda, comparações com resultados em túnel de vento e com modelos matemáticos para validação dos métodos e verificação da qualidade dos resultados. De uma forma geral, houve uma boa correlação entre os resultados deste trabalho com a literatura. A partir destas análises, foi possível evidenciar a contribuição da metodologia empregada para as análises aerodinâmicas de hélices em comparação a outras metodologias.