Estudo paramétrico de jatos turbulentos aquecidos em escoamento cruzado
Author
Kelvin Cristofalo de Morais
Advisor
- Advisor Rodrigo Costa Moura
Concentration Area
Projeto Aeronáutico, Estruturas e Sistemas Aeroespaciais
Defense Date
10/12/2021
Thesis Number
78201
Abstract
No setor aeronáutico, é comum que saídas de ar de sistemas operem com ar quente. O projeto destes componentes deve ser realizado minimizando os efeitos térmicos na superfície da aeronave e garantindo perdas de carga aceitáveis para o funcionamento adequado do sistema. Apesar destes componentes serem frequentes, há poucos estudos na literatura que ajudam a embasar o projeto preliminar. Este trabalho consiste no estudo paramétrico de instalação de uma saída de ar quente sobre uma placa plana. A saída de ar consiste em um duto que descarrega ar quente sobre o domínio da placa plana, onde há um escoamento de camada limite externo turbulento. O objetivo do trabalho é entender como alguns parâmetros da instalação modificam a posição da pluma de ar quente formada pela exaustão do escoamento interno, com foco na temperatura da placa plana. Além disso, entender como a perda de carga do sistema é modificada em função destes parâmetros. O estudo é realizado de maneira numérica, utilizando o método de CFD baseado nas equações médias de Navier-Stokes com média de Reynolds (RANS) para simular a interação entre o escoamento interno e externo conforme eles se misturam ao longo da placa plana. Inicialmente, o modelo CFD é validado através de um estudo de refinamento de malha e de comparações com dados experimentais, comparando o efeito de quatro modelos de turbulência na solução numérica. Com o método de simulação numérica validado, o estudo paramétrico é desenvolvido em condições de operação próximas de aplicações aeronáuticas. São avaliados os efeitos do formato e alongamento do duto, da posição de instalação do duto na aeronave e do ângulo de alinhamento do duto em relação ao escoamento externo. Os resultados numéricos mostram que o aquecimento da superfície da placa plana é reduzido quando a saída de ar apresenta seção transversal quadrada e alongada na direção do escoamento externo. Instalações em posições posteriores da aeronave e com maior ângulo de desalinhamento em relação ao escoamento externo também promovem redução no aquecimento da placa plana. Do ponto de vista de perda de carga, é preferível saídas de ar circulares, alongadas na direção do escoamento externo, instaladas em posições posteriores e com ângulo de inclinação mais alinhado com o escoamento externo.
