Analysis of adverse pressure gradient effects in the turbulent boundary layer of a NACA0012 airfoil at high angles of attack

Autor(es)

Leandro Júnio de Oliveira Silva

• Tipo de documento: Dissertação de Mestrado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Mecânica
• Data de defesa: 2024-08-22

Membros da banca

William Roberto Wolf; Livia Souza Freire Grion; Luiz Augusto Camargo Aranha Schiavo

• Orientador: William Roberto Wolf

Resumo

Um estudo de camadas limite turbulentas (TBLs, do inglês turbulent boundary layers) é apresentado para um aerofólio NACA0012 em ângulos de ataque de 9 e 12 graus. Simulações de grandes escalas (LES, do inglês large eddy simulation) com resolução de parede são conduzidas para um número de Mach baseado no escoamento livre M = 0,2 e um número de Reynolds baseado na corda do aerofólio Re = 400.000. As camadas limite são perturbadas perto do bordo de ataque do aerofólio no lado de sucção. Para os ângulos de ataque analisados, gradientes de pressão adversos (APGs, do inglês adverse pressure gradients) leves, moderados e fortes se desenvolvem sobre o aerofólio. Apesar dos fortes APGs, o escoamento médio permanece colado ao longo de todo o lado de sucção do aerofólio. Da mesma forma que outras APG-TBLs investigadas na literatura, um pico secundário aparece nos perfis de tensões de Reynolds e de produção de turbulência. Esse pico secundário surge na camada externa e, para APGs fortes, pode superar o primeiro pico observado na camada interna. A análise da produção de turbulência mostra que outros componentes do tensor de produção tornam-se importantes na camada externa além do termo de cisalhamento. Para APGs moderados e fortes, os perfis de velocidade média apresentam três pontos de inflexão, sendo o terceiro instável sob critérios de estabilidade não viscosos. Nesse contexto, uma camada de cisalhamento se desenvolve ao longo da região externa da TBL levando à formação de rolos bidimensionais típicos de uma instabilidade de Kelvin-Helmholtz, que são capturados por uma análise de decomposição ortogonal própria espectral (SPOD, do inglês spectral proper orthogonal decomposition). Os modos espaciais SPOD mais energéticos da velocidade tangencial mostram que estruturas coerentes longitudinais formam-se ao longo do lado de sucção do aerofólio. À medida que o APG se torna mais forte, essas estruturas crescem ao longo das direções da envergadura e normal à parede, tendo um suporte espacial ao longo de toda a camada limite. Os resultados de uma análise de quadrantes para a distribuição de tensões de cisalhamento de Reynolds mostram que movimentos de varreduras (sweeps) são predominantes perto da parede, enquanto os movimentos de ejeções (ejections) dominam na região externa. Os primeiros são os principais contribuintes para o pico interno da produção de turbulência. Devido ao forte APG, um pico secundário de produção surge na camada externa, e a combinação de varreduras e ejeções contribui para tal pico. Uma caracterização do escoamento reverso também é realizada, demonstrando que à medida que o APG aumenta, a magnitude do coeficiente de atrito diminui, levando a uma maior probabilidade de tais eventos ocorrerem próximos ao bordo de fuga (AU)

• Processo FAPESP: 22/00256-4 - Estatísticas de camadas limite turbulentas se desenvolvendo sob diferentes gradientes de pressão
• Beneficiário: Leandro Júnio de Oliveira Silva
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado