Análise de escoamentos turbulentos sobre aerofólios utilizando simulações de grandes escalas

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Nogueira, Gabriel Barros, 1993-
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1641229
Resumo: Orientador: William Roberto Wolf
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spelling Análise de escoamentos turbulentos sobre aerofólios utilizando simulações de grandes escalasAnalysis of turbulent flows over airfoils using large eddy simulationsFluidodinâmica computacionalTurbulênciaAerodinâmicaAnálise modalComputational fluid dynamicsTurbulenceAerodynamicsModal analysisOrientador: William Roberto WolfDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: Simulações de grandes escalas com resolução de parede são realizadas com o objetivo de investigar escoamentos turbulentos e estruturas coerentes empregando ferramentas estatísticas. Os estudos são conduzidos empregando-se o aerofólio NACA0012 com números de Reynolds Rec = 200.000$ e 800.000 para um ângulo de ataque 5º e número de Mach M = 0.115. As simulações são resolvidas considerando duas malhas sobrepostas que permitem resoluções adequadas tanto da camada limite, quanto da esteira aerodinâmica. Métodos compactos de alta ordem para diferenciação, interpolação e filtragem são empregados na solução dos escoamentos e uma metodologia de tripping aleatório é proposta para transicionar a camada limite. Propriedades do escoamento como o parâmetro de Rotta-Clauser, espessura da camada limite, fator de forma, perfis de velocidade média e tensões de Reynolds, e coeficientes de atrito e pressão são apresentados. A técnica de decomposição ortogonal própria (POD) também é empregada com diferentes normas para o cálculo da matriz de covariância em duas regiões do escoamento: a esteira e a camada limite no extradorso do aerofólio. Na esteira, estruturas bidimensionais altamente correlacionadas com a norma de flutuações de velocidade normais ao escoamento são observadas, sendo estas responsáveis por geração de ruído tonal. Na camada limite streaks são identificados pela norma de flutuações de velocidade na direção do escoamento. A técnica de POD foi empregada para reconstruir o campo de flutuações do escoamento com diferentes quantidades de energia com o objetivo de verificar o papel das estruturas coerentes nas estatísticas do campo de flutuações. Neste caso, analisou-se as tensões de Reynolds, anisotropia do escoamento, as trajetórias no triângulo de Lumley, balanços de energia cinética turbulenta, gráficos de dispersão e funções densidade de probabilidade para se analisar o papel dos streaks nos escoamentos investigadosAbstract: Large eddy simulations with wall resolution are performed with the objective of investigating turbulent flows and coherent structures using statistical tools. The studies are conducted using the NACA0012 airfoil with Reynolds numbers Rec = 200,000 and 800,000 for an angle of attack 5º and Mach number M = 0.115. The simulations are solved considering two overlapping meshes that allow an adequate resolution of both the boundary layer and aerodynamic wake. High-order compact schemes for differentiation, interpolation and filtering are employed in the solution of the flows and a random tripping methodology is proposed to transition the boundary layer. Flow properties such as the Rotta-Clauser parameter, boundary layer thickness, shape factor, mean velocity profiles and Reynolds stresses, besides friction and pressure coefficients are presented. The proper orthogonal decomposition (POD) technique is also used with different norms for calculating the covariance matrix in two flow regions: the wake and the suction side boundary layer. Along the wake, two-dimensional structures highly correlated with the v-velocity norm are observed and these structures are responsible for tonal noise generation. In the boundary layer, streaks are identified by the norm of u-velocity fluctuations. The POD technique was used to reconstruct the flow fluctuation field with different percentages of energy in order to verify the role of coherent structures in the statistics of the fluctuation field. In this case, Reynolds stresses, flow anisotropy, the trajectories along the Lumley triangle, turbulent kinetic energy balances, scatter plots and probability density functions were analyzed to understand the role of streaks in the present turbulent flowsMestradoTérmica e FluídosMestre em Engenharia MecânicaCAPES88882.435241/2019-01[s.n.]Wolf, William Roberto, 1980-Branco Júnior, Carlos Alberto JunqueiraPitz, Diogo BertaUniversidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASNogueira, Gabriel Barros, 1993-20212021-03-09T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (97 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1641229NOGUEIRA, Gabriel Barros. Análise de escoamentos turbulentos sobre aerofólios utilizando simulações de grandes escalas. 2021. 1 recurso online (97 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1641229. Acesso em: 15 mai. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1164358Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2021-05-05T11:17:17Zoai::1164358Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2021-05-05T11:17:17Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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