University of São Paulo
Mathematics and Computing Sciences Institute
Prof. Dr. Leandro Franco de Souza
 
 
 
Compressible Flow Simulation
 
Texto de Paulo C. Greco

Os avanços em dinâmica dos fluidos computacional e o aumento da capacidade de processamento dos computadores viabilizaram o estudo de aerodinâmica não-estacionária em regime transônico. A importância de se estimar as características aeroelásticas em regime transônico já era reconhecida desde o final da Segunda Guerra Mundial quando testes com aeronaves de alta velocidade mostraram que a pressão dinâmica de flutter tem um mínimo por volta de Mach 1.

O que caracteriza o fluxo transônico é a existência de regiões supersônicas em um fluxo livre subsônico. A região supersônica termina com uma onda de choque que, dependendo de sua intensidade, pode interagir significativamente com a camada-limite. Em geral a camada-limite tende a se tornar mais espessa atrás do choque, movendo-o para frente. Se a onda de choque for suficientemente forte ela pode, inclusive, induzir separação do fluxo.

No estudo do flutter transônico a interação entre choque e camada-limite pode, em muitos casos, ser desprezada. Isso ocorre porque o flutter pode ser estimado a partir de variações pequenas no ângulo de ataque, situação em que ondas de choque, inicialmente fracas, tendem a continuar fracas. Nesse caso o uso da equação potencial produz bons resultados, desde que seja corrigida para o fluxo não isentrópico e rotacional. Isso já não é verdade para algumas seções de aerofólio que tendem a formar ondas de choque fortes mesmo com pequenos ângulos de ataque. Também pode ser interessante estudar o flutter em torno de grandes ângulos de ataque. No caso do estudo de oscilações de ciclo limite, em que a amplitude das oscilações pode ser consideravelmente grande, a interação entre choque e camad-limite não pode, em geral, ser desprezada.

Nos casos em que a interação entre choque e camada-limite é significativa torna-se necessário usar métodos que levem em conta os efeitos viscosos. Existem diversos métodos que corrigem a solução da equação potencial quando não há separação ou quando a separação é pequena e limitada a uma pequena região. Esses métodos produzem bons resultados quando comparados com métodos mais sofisticados que resolvem as equações de Navier-Stokes ou versões simplificadas desta (Navier-Stokes de camada-limite fina (Thin-Layer N-S) ou Navier-Stokes com Reynolds médio (Averaged Reynolds N-S)). O custo computacional e problemas associados com a solução das equações de Navier-Stokes são as principais motivações para o uso da equação potencial e da equação de Euler na solução de fluxos transônicos não estacionários.

O objetivo desta pesquisa é o desenvolvimento de um código computacional que seja capaz de simular o escoamento compressível. Inicialmente deve-se desenvolver um código computacional capaz de simular escoamentos compressíveis bi-dimensionais. Este código computacional desenvolvido deve prever a extensão para estudo de escoamentos tri-dimensionais, que deverá ser desenvolvido numa etapa posterior.

 
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