Simulações de alta fidelidade e análises baseadas em dados de escoamentos compressíveis sobre aerofólios envolvendo transição e turbulência

• Processo: 22/00464-6
• Linha de fomento: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Vigência (Início): 01 de abril de 2022
• Vigência (Término): 31 de março de 2023
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia Aeroespacial - Aerodinâmica
• Pesquisador responsável: William Roberto Wolf
• Beneficiário: Gabriel Yudi Ragni Hamada
• 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
• Assunto(s): Dinâmica dos fluidos computacional Simulação numérica Escoamento Turbulência Aerofólios

Resumo

O estudo de escoamentos compressíveis sobre aerofólios é relevante para diversas aplicações, incluindo asas de aeronaves, pás de turbinas a gás e eólicas, aeronaves de asas rotativas e sistemas de ventilação industrial. Este trabalho combinará simulações de grandes escalas (LES) e técnicas de análise baseadas em dados para investigar os efeitos de compressibilidade e gradiente de pressão em camadas limite que se desenvolvem sobre perfis de aerofólios. As simulações de alta fidelidade serão realizadas usando uma formulação de diferenças finitas compactas de alta ordem, incluindo um esquema de captura de choque juntamente com uma técnica de malhas sobrepostas. Técnicas numéricas orientadas por dados, capazes de fornecer decomposições modais de escoamentos, como análise de componentes principais (POD), Decomposição em Modos Dinâmicos (DMD) e técnicas Lagrangianas, serão aplicadas para se analisar a física dos escoamentos, incluindo a análise de estruturas organizadas e suas interações com outros mecanismos, como ondas de choque e acústicas. Análises de estabilidade também serão conduzidas usando aproximações de diferenças finitas da versão linearizada das equações compressíveis de Navier-Stokes. Inicialmente, será utilizada uma abordagem modal para entender as propriedades de estabilidade do escoamento em um horizonte de tempo infinito, ou seja, seguindo a definição de Lyapunov através da análise do espectro de autovalores, gráficos de autofunções e curvas neutras. Como a análise modal é incapaz de capturar propriedades não normais do escoamento, uma análise não modal também será realizada. Para empregar esta análise, primeiro será necessário estabelecer uma norma de energia do operador linear e depois reescrevê-la em uma forma exponencial de matriz, que será resolvida por uma decomposição de Valores Singulares (SVD). Crescimento transiente, pseudoespectro e análise resolvente serão empregados para entender o comportamento do escoamento e os resultados serão comparados com aqueles obtidos por LES. (AU)