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

 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 = 3,2mm n = 3 k = 1,0 mm θ = 60º p = 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 – – 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. 24X25 51X51

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.

Referencias 1] Richard, M. W., 2004, “Impact of Advanced Aerodynamic Technology on Transportation Energy Consumption,” SAE Paper No [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.Laminar Boundary layer separation [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.Journal of fluids engineering [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 – [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: [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”.

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