Transferência de calor e massa no escoamento bifásico em torno de aerofólios de uso aeronáutico em condições de formação de gelo

• Processo: 07/00419-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de julho de 2007
• Data de Término da vigência: 28 de fevereiro de 2009
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Fenômenos de Transportes
• Pesquisador responsável: Otavio de Mattos Silvares
• Beneficiário: Guilherme Araújo Lima da Silva
• Instituição Sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Assunto(s): Transição laminar-turbulenta
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Camada limite laminar e turbulenta em escoamentos bifásicos | Escoamento em torno de aerofólios de uso aeronáutico | Simulação de Sistemas Antigelo | Simulação Numérica de Escoamento | Transferência de Calor e de Massa | Transição laminar-turbulenta | Tansferência de Calor e Massa

Resumo

A formação de gelo nas asas e estabilizadores horizontais de aeronaves podem causar a degradação do desempenho aerodinâmico, o aumento de peso, bem como dificuldades de controle e manobra que, em casos críticos, levam a uma diminuição da margem de segurança operacional. Quando as aeronaves atravessam nuvens com gotículas de água sub-resfriadas, ou seja, em equilíbrio meta-estável, o crescimento de gelo ocorrerá em superfícies não protegidas adequadamente. Usualmente, os sistemas antigelo térmicos de aerofólios são projetados, desenvolvidos e certificados com o auxílio de programas de simulação numérica. O presente trabalho visa desenvolver e implementar um modelo matemático para prever a transferência de calor e massa no escoamento bidimensional bifásico em torno de aerofólios de uso aeronáuticos, equipados com sistema de antigelo térmico operando em regime permanente. Em condições de formação de gelo, é necessário aquecer o bordo de ataque e controlar a temperatura da região protegida para que não ocorra formação de gelo. O sistema de aquecimento compensa os efeitos do resfriamento imposto principalmente pelos mecanismos de evaporação e transferência de calor por convecção acoplados, que são causados pelo escoamento do ar carregado de gotículas sub-resfriadas e do escoamento de água líquida captada em torno do bordo de ataque. O modelo deverá estimar a potência térmica com precisão adequada para fins de projeto e dimensionamento do sistema antigelo. O presente trabalho implementará novos modelos para:1)estimar a molhabilidade da superfície do aerofólio por meio de um modelo matemático para o escoamento do filme e para a formação e o escoamento dos filetes de água líquida sobre a superfície sólida do aerofólio; 2)avaliar o comportamento dinâmico e térmico da camada-limite laminar e turbulenta por meio de uma análise integral e diferencial, que considera efeitos do gradiente de pressão, da transição laminar-turbulenta, bem como os efeitos da transpiração e da não uniformidade de temperatura da superfície na região do bordo de ataque do aerofólio; 3) estimar o início e o término da região de transição laminar-turbulenta por meio de correlações empíricas clássicas, análise linear da estabilidade da camada-limite laminar e métodos mais recentes encontrados na literatura.

Publicações acadêmicas

(Referências obtidas automaticamente das Instituições de Ensino e Pesquisa do Estado de São Paulo)

SILVA, Guilherme Araújo Lima da. Transferência de calor e massa no escoamento bifásico em torno de aerofólios equipados com sistemas de antigelo aeronáuticos.. 2009. Tese de Doutorado - Universidade de São Paulo (USP). Escola Politécnica (EP/BC) São Paulo.