Simulações de grandes escalas de turbinas axiais supersônicas

• Processo: 19/26196-5
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de março de 2020
• Data de Término da vigência: 29 de fevereiro de 2024
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Aeroespacial - Aerodinâmica
• Pesquisador responsável: William Roberto Wolf
• Beneficiário: Hugo Felippe da Silva Lui
• Instituição Sede: Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 13/08293-7 - CECC - Centro de Engenharia e Ciências Computacionais, AP.CEPID
• Bolsa(s) vinculada(s): 21/14199-0 - Investigação de interações entre choques e camadas limite em turbinas axiais supersônicas, BE.EP.DR
• Assunto(s): Dinâmica dos fluidos computacional Escoamento supersônico Turbinas
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Escoamentos turbulentos | Simulação de Grandes Escalas | Turbinas Supersônicas | Dinâmica dos fluidos computacional

Resumo

Combustores de detonação rotativa (RDCs, do inglês Rotating Detonation Combustors) oferecem um salto potencial na eficiência térmica de turbinas a gás. Esse promissor combustor de detonação pode potencialmente proporcionar um aumento na eficiência térmica de 20% em comparação com os atuais motores de última geração. Diferente dos tradicionais combustores presentes em turbinas a gás, a configuração dos RDCs resulta em escoamentos supersônicos na saída do combustor. O design das turbinas axiais convencionais exibem desempenho aerodinâmico inaceitável quando expostas a condições supersônicas devido à geração de uma onda de choque normal na entrada da turbina. Recentemente, novos projetos foram desenvolvidos para ingerir a onda de choque normal, permitindo assim que a turbina opere em regime supersônico. Turbinas axiais adequadas para escoamentos supersônicos têm atraído o interesse de engenheiros e cientistas devido à sua alta potência específica, que pode permitir uma potencial redução do número de estágios em turbinas a gás. As turbinas axiais supersônicas encontram aplicação em sistemas de propulsão e geração de energia. No entanto, a operação eficiente dessas novas máquinas de fluxo representa um desafio devido aos complexos mecanismos físicos envolvidos nos escoamentos supersônicos como reflexão das ondas de choque, interações entre onda de choque e camada limite e o processo de iniciação dos escoamentos supersônicos. Neste trabalho, um procedimento de simulação de grandes escalas com resolução de parede será adotado para estudar os efeitos de diferentes condições do escoamento e configurações de bordo de ataque nos mecanismos de perdas aerodinâmicas em turbinas axiais supersônicas. Para obter soluções acuradas, uma metodologia de malha sobreposta será empregada nas simulações. O objetivo fundamental do estudo é compreender melhor os processos físicos relacionados aos escoamentos supersônicos em turbinas axiais. De acordo com a literatura recente, turbinas axiais supersônicas não foram estudadas utilizando simulações de alta fidelidade e, desse modo, gostaríamos de ser pioneiros em tais estudos. (AU)

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

LUI, HUGO F. S.; RICCIARDI, TULIO R.; WOLF, WILLIAM R.; BRAUN, JAMES; RAHBARI, IMAN; PANIAGUA, GUILLERMO. Unsteadiness of shock-boundary layer interactions in a Mach 2.0 supersonic turbine cascade. PHYSICAL REVIEW FLUIDS, v. 7, n. 9, p. 31-pg., 2022-09-08. (19/26196-5, 13/08293-7, 21/06448-0)

Publicações acadêmicas

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

LUI, Hugo Felippe da Silva. Investigation of shock-boundary layer interactions in a supersonic axial turbine. 2024. Tese de Doutorado - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Mecânica Campinas, SP.