Investigação de Escoamento Turbulentos Compressíveis Sobre Aerofólios Utilizando Simulações de Alta Resolução

• Processo: 23/12226-5
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de novembro de 2023
• Data de Término da vigência: 31 de dezembro de 2024
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Aeroespacial - Aerodinâmica
• Pesquisador responsável: William Roberto Wolf
• Beneficiário: Jean Helder Marques Ribeiro
• 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): Turbulência Simulação numérica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Estabilidade hidrodinâmica | transição | turbulência | Simulação Numérica

Resumo

Este trabalho estudará escoamentos turbulentos compressíveis sobre aerofólios empregando uma combinação de simulações de grandes escalas (LES), métodos de análise baseados em operadores e baseados em dados. Este tópico é extremamente relevante para o projeto de aeronaves modernas, pois seu desempenho aerodinâmico, durante a operação em condições de escoamento turbulento, pode ser significativamente impactado pelos efeitos da compressibilidade. À medida que o número de Mach aumenta, ondas de choque e de expansão surgem interagindo com as camadas limites que se desenvolvem sobre a superfície. Este problema torna-se cada vez mais desafiador em casos onde ocorre a separação sobre a asa. Seja em condições de estol estático ou dinâmico, a presença de choques e expansões pode modificar substancialmente as características da camada limite, alterando os locais de separação e recolamento, impactando a estabilidade do voo e representando um desafio ao controle do escoamento. Esses problemas críticos são encontrados em uma ampla gama de aplicações aeronáuticas, como em pás de helicópteros, rotores, cascatas de turbinas e muitas outras. Ao longo dos anos, vários estudos experimentais, modelos matemáticos e métodos computacionais de dinâmica de fluidos foram empregados para prever, estudar e controlar escoamentos compressíveis turbulentos. Embora estas abordagens tenham expandido significativamente o nosso conhecimento da física da turbulência em escoamentos compressíveis, a complexidade do desenvolvimento do escoamento, que é não-linear em função dos números de Reynolds e Mach, ainda não é completamente compreendida, especialmente em regimes de alta velocidade.Para resolver esta questão, este projeto propõe empregar LES com esquemas de alta resolução para estudar condições de escoamento consistentes com aquelas encontradas em sistemas práticos. Nossa proposta visa estudar escoamentos com natureza transitória e tais problemas exigem técnicas estatísticas e matemáticas adequadas para analisar as estruturas turbulentas coerentes presentes no campo de escoamento de uma maneira variável no tempo. Os métodos desenvolvidos para interpretar e estudar a física do estol em escoamentos compressíveis podem ajudar a obter uma melhor compreensão de escoamentos supersônicos sobre pás e asas com bolhas de separação laminar, dentre outras aplicações complexas envolvendo interação de turbulência com ondas de choque, com o objetivo de revelar os mecanismos físicos que surgem em tais escoamentos.