Orientador: William Roberto Wolf

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica

Resumo: Simulações de alta fidelidade são realizadas com o intuito de estudar técnicas de controle ativo para amenizar um vórtice de estol dinâmico em um aeorfólio SD7003 em manobra de plunge com número de Reynolds Re = 60000 e número de Mach M = 0.1. Simulações numéricas são realizadas utilizando...

Resumo: Simulações de alta fidelidade são realizadas com o intuito de estudar técnicas de controle ativo para amenizar um vórtice de estol dinâmico em um aeorfólio SD7003 em manobra de plunge com número de Reynolds Re = 60000 e número de Mach M = 0.1. Simulações numéricas são realizadas utilizando uma ferramenta numérica que incorpora métodos compactos de alta ordem para diferenciação, interpolação e filtragem numa malha deslocada. Um estudo de convergência de malha é conduzido e os resultados obtidos mostram boa concordância com dados disponíveis na literatura em termos de coeficientes aerodinâmicos. Atuadores com diferentes arranjos na direção da envergadura foram modelados afim de simular o assopramento e sucção do escoamento na região do bordo de ataque. Foi observado que, numa faixa de frequências específica, a média e flutuação de arrasto foram subtancialmente reduzidas enquanto a sustentação quase não foi afetada, especialmente para um atuador bi-dimensional (2D). Nessa faixa de frequências, atuação 2D perturba a formação do vórtice de estol dinâmico, o que leva a uma redução do arrasto devido ao aumento da pressão no extradorso do aerofólio na região de meia corda. Ao mesmo tempo, a pressão é reduzida na proximidade do bordo de ataque, o que aumenta sustentação e empuxo. Uma decomposição modal do escoamento também é realizada. Com apenas 20 modos da decomposição, notou-se que a maior parte da dinâmica do escoamento responsável pelos coeficientes aerodinâmicos é recuperada

Abstract: High-fidelity simulations are performed to study active flow control techniques for alleviating deep dynamic stall of a SD7003 airfoil in a plunging motion at Reynolds number Re = 60,000 and freestream Mach number M = 0.1. Numerical simulations are performed with a finite difference based...

Abstract: High-fidelity simulations are performed to study active flow control techniques for alleviating deep dynamic stall of a SD7003 airfoil in a plunging motion at Reynolds number Re = 60,000 and freestream Mach number M = 0.1. Numerical simulations are performed with a finite difference based solver that incorporates high-order compact schemes for differentiation, interpolation and filtering on a staggered grid. A mesh convergence study is conducted and results show good agreement with available data in terms of aerodynamic coefficients. Different spanwise arrangements of actuators are implemented to simulate blowing and suction at the airfoil leading edge. We observe that, for a specific frequency range of actuation, mean drag and drag fluctuations are substantially reduced while mean lift is maintained almost unaffected, especially for a 2D actuator setup. At this frequency range, 2D flow actuation disrupts the formation of the dynamic stall vortex, what leads to drag reduction due to a pressure increase along the airfoil suction side, towards the trailing edge region. At the same time, pressure is reduced near the leading edge, increasing both lift and thrust. Modal decomposition is then performed and it is found that, with only 20 modes, most of the flow dynamics responsible for the aerodynamic loads is recovered

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