Modelos de ordem reduzida para a dinâmica, estimação e controle de escoamentos turbulentos e cisalhados em região de parede

Resumo

Turbulência de parede é uma classe de problemas extremamente importante em mêcanica dos fluidos, devido à sua importância científica e também à sua relevância tecnológica. Grande parte do consumo de energia associado a atividades industriais e comerciais é causado pela dissipação turbulenta em transporte de fluidos em tubulações e canais, e no movimento de veículos em meios fluidos. Isto torna o arrasto turbulento um grande contribuidor para as mudanças climáticas, sendo responsável por toneladas de CO2 despejados na atmosfera para sustentar atividades humanas. A compreensão de escoamentos turbulentos em região de parede, e o seu controle, constituem portanto um assunto de enorme impacto social e ambiental. No entanto, o atual nível de compreensão dos fenômenos turbulentos é incompleto, o que prejudica a capacidade de propor estratégias de controle eficientes. Este projeto de pós-doutorado visa a abordar esta problemática através do uso de modelos de ordem reduzida para a dinâmica, estimação e controle de escoamentos turbulentos em região de parede. A proposta se desenvolverá a partir de um modelo elaborado pelo supervisor proponente, o qual baseia-se no método de projeções de Galerkin em conjunto com as equações de Navier-Stokes. O projeto tem dois objetivos principais: i) estender o modelo com a inclusão de estruturas que não são levadas em consideração em sua versão atual, o que melhoraria a sua comparação com dados reais e levaria a uma melhor compreensão dos processos de turbulência auto-sustentada; ii) a elaboração de uma estratégia de controle em que o modelo de ordem reduzida é usado em conjunto com algoritmos não-lineares para estimação e controle, baseados em filtros de Kalman e métodos adjuntos, respectivamente. Espera-se que essa estratégia seja mais barata do ponto de vista computacional em relação outras que se baseiam em sistemas completos, e potencialmente realizável em aplicações reais. Espera-se que os resultados do projeto contribuam com a comunidade científica e com o desenvolvimento da indústria nacional, tendo como meta a redução de seu impacto ambiental. (AU)