Redução do arrasto em um corpo cilíndrico.

Apresentação do problema e Motivação

Alto nível de iterações dos seres vivos com fluidos Esforços fluido-dinâmicos influenciam as atividades

humanas Estima-se que veículos terrestres utilizem 50% de sua

energia consumida para superar o arrasto aerodinâmico. Se aplicadas as técnicas conhecidas de redução de arrasto seria economizado 20 bilhões de dólares, apenas nos E.U.A

Teoria

Numero de Reynolds Determina se o escoamento é laminar ou

turbulento Utilizado para obter o Numero de Strouhal Utilizado para obter o coeficiente de arrasto

utilizado como referência.

Teoria Conceito fundamental no desenvolvimento do

trabalho: Numero de Strouhal Fornece a frequência de emissão de vórtices.

St = 0,2; F = 50 HzTempo de simulação 0,1 s com 50 steps

Teoria

Destaca-se dois artigos que fomentaram a base teórica para a realização desse trabalho:

Seo, Seong-Ho, et al., 2013, “Drag Reduction of a Bluff Body by Grooves Laid Out by Design of Experiment,” Journal of fluids engineering, vol. 135, nº 11.

Yamagishi, Y. and Oki, M., 2004, “Effect of Groove Shape on Flow Characteristics around a Circular Cylinder with Grooves”, Journal of Visualization, vol. 7, nº 3, pp. 209–216.

Situação Problema

Buscou-se reproduzir os resultados empíricos encontrados por Seo para a condição otimizada.w =

3,2mmn = 3 k = 1,0 mm θ = 60ºp = 11°

Condições do experimento: Túnel de vento de seção quadrada 305mm. Cilindro de alumínio de 40 mm de diâmetro. Velocidade do ar 10 m/s.

Situação Problema

Os resultados obtidos por Seo e buscados nesse trabalho são mostrados abaixo:

De acordo com Yamagashi o coeficiente de arrasto para a faixa do Numero de Reynolds obtido – 26000 – deve estar entre 1,1 e 1,2, como mostrado na figura abaixo:

Métodos Realizadas 28 simulações

Regime transiente e permanente Três modelos de turbulência – LVEL, KECHEN, KECHEN Low

Reynolds e também uma simulação laminar Duas malhas para os modelos descritos acima: 101X100, 24X25

Uma malha de 51X51 elementos foi utilizada na simulação com modelo transiente

Todos as malhas possuem um FINE GRID VOLUME que dobra o numero de elemento dentro do volume. 24X2551X51

Resultados

Os Resultados da Simulação são mostrados na tabela.

Resultados

Abordagem matemática incorreta Modelo de turbulência força o ângulo de descolamento do escoamento de

forma semelhante ao efeito da introdução de uma perturbação.

Escoamento Laminar (direita), Escoamento Turbulento provocado por perturbação (esquerda)

Resultados

Simulação da situação problema no modelo laminar transiente.

Resultados Obtenção das linhas de corrente para o modelo laminar e turbulento

Linhas de Correte (Modelo: Malha Grossa – Lvel).

Linhas de Correte (Modelo: Malha Fina– Lvel).

Linhas de Corrente (Modelo: Malha Fina – Laminar).

Conclusão Resposta dependente da malha

Coeficiente de arrasto não varia com: Regime laminar ou turbulento Regime transiente ou permanente Modelo de turbulência Não foi possível definir uma malha que forneça os valores de coeficiente de

arrasto adequados.

Dificuldade (impossibilidade) de encontrar respostas dentro da faixa aceitável do parâmetro YPLS

Continuação do trabalho

A próxima etapa para a execução do trabalho como planejado seria definir uma malha adequada.

Referencias1] Richard, M. W., 2004, “Impact of Advanced Aerodynamic Technology on Transportation Energy Consumption,” SAE Paper No. 2004-01-1306.[2] Gad-el-Hak, M., 1989, “Flow Control,” Appl. Mech. Rev., 42, pp. 261–293.[3] Dr Suzanne Fielding, 2005, “Laminar Boundary layer separation,” section 4.[4] Seo, Seong-Ho, et al., 2013, “Drag Reduction of a Bluff Body by Grooves Laid Out by Design of Experiment,” Journal of fluids engineering, vol. 135, nº 11.[5] Igarashi, T., 1986, “Effect of Tripping Wires on the Flow Around a Circular Cylinder Normal to Airstream,” Bull. JSME, 29(255), pp. 2917–2924.[6] Price, P., 1956, “Suppression of the Fluid-Induced Vibration of Circular Cylinders,” J. Engrg. Mech. Div., pp. 1030-1–1030-21.[7] Bearman, P. W., and Harvey, J. K., 1993, “Control of Circular Cylinder Flow by the Use of Dimples,” AIAA J., 31(10), pp. 1753–1756.[8] Rosa, E. S., “Computational Fluid Mechanics Using PHOENICS – Notas de Aula,” documento online, disponível em: http://www.fem.unicamp.br/~phoenics/SITE_PHOENICS/AULAS/AULA1/aula1_arquivos/frame.htm.[9] Yamagishi, Y. and Oki, M., 2004, “Effect of Groove Shape on Flow Characteristics around a Circular Cylinder with Grooves”, Journal of Visualization, vol. 7, nº 3, pp. 209–216.[10] Rosa, E. S., “Notas de Aula – IM 250 – Mecânica dos Fluidos”.

Muito Obrigado