[pt] ANÁLISE NUMÉRICA DA BOLHA DE SEPARAÇÃO DO ESCOAMENTO TURBULENTO SOBRE PLACA PLANA FINA INCLINADA

[en] NUMERICAL INVESTIGATION OF THE TURBULENT FLOW SEPARATION BUBBLE OVER INCLINED THIN FLAT PLATE

[pt] ANDRE LUIZ TENORIO REZENDE

[pt] TURBULENCIA

[pt] BOLHA DE SEPARACAO

[en] TURBULENCE

[en] SEPARATION BUBBLE

[pt] A estabilização de mísseis e projéteis é normalmente realizada através de aletas, que podem ser representadas por placas planas finas. O escoamento sobre placas finas é de difícil previsão por apresentar diversos fenômenos, tais como transição da camada cisalhante para regime turbulento, recolamento, relaminarização e geração de bolhas primárias e secundárias. A proposta deste trabalho é analisar o escoamento turbulento ao longo de uma placa plana com pequeno ângulo de incidência, e ao mesmo tempo investigar o desempenho de diferentes modelos para a previsão da turbulência, empregando duas metodologias. A primeira é baseada nas Equações de Média de Reynolds (RANS), a qual requer um menor esforço computacional, por considerar um domínio bi-dimensional e regime permanente. Neste caso, três níveis de modelagens foram selecionados, os quais envolvem a solução de uma, duas e cinco equações diferenciais parciais, correspondendo aos modelos de Spalart- Allmaras (SA), kapa-ômega Shear Stress Tensor (SST) e Reynolds Stress Model (RSM), respectivamente. No segundo enfoque, investigou-se o desempenho do modelo Smagorinsky Dinâmico, que é proveniente da metodologia da Simulação de Grandes Escalas (LES), a qual é tri-dimensional e transiente. Os resultados foram obtidos para número de Reynolds igual a 2,13 x 10(5) e para três ângulos de incidência (um, três e cinco graus). A modelagem da turbulência foi validada através de comparação como dados numéricos e experimentais existentes na literatura. Os resultados obtidos mostraram que apesar do modelo RSM conseguir uma melhor previsão dos níveis de turbulência, o mesmo não é adequado para prever camadas cisalhantes livres. Já o modelo SA é muito difusivo, e não consegue prever adequadamente as tensões normais turbulentas, enquanto que o modelo SST foi capaz de prever razoavelmente bem a bolha de separação. Porém, apesar do custo bem superior, as previsões dos fenômenos provenientes da bolha de recirculação principal obtidas com a metodologia LES foram sensivelmente superiores e forneceram maior riqueza de informações que as apresentadas pelas soluções RANS.

[en] Missiles and projectiles stabilization is usually accomplished through fins, which can be represented by thin flat plates. The flow field over thin plates is difficult to predict due to the existence of laminar-to-turbulent transition, boundary layer separation, leading edge bubble and reattachment. The purpose of this study is to analyze the flow over a thin flat plate, and at the same time, to investigate the performance of different models to predict turbulence, by employing two methodologies. The first one is based on the Reynolds Average Navier-Stokes Equations (RANS), which requires less computational effort, since it can be applied to a two-dimensional steady flow. In this case, three levels of modeling were employed, through the solution of one, two and five differential equations, corresponding to the Spalart-Allmaras (SA), kapa-ômega Shear Stress Tensor (SST) and Reynolds Stress Model (RSM) models, respectively. The second approach corresponds to the Large Eddy Simulation (LES) methodology, and the performance of the Dynamic Smagorinsky model was investigated. Results were obtained for Reynolds number equal to 2.13 x 10(5) and for three incidence angles (one, three and five degrees). The results were validated by comparing with available numerical and experimental data. It was shown that, in spite of predicting better turbulence levels, the RSM is not adequate to predict free shear layers. The SA model is too diffusive and it fails to predict the normal stresses, while the SST is capable of predicting the separation bubble with reasonable accuracy. However, in spite of the larger cost, the long separation bubble predictions obtained with the LES methodology were substantial superior and more complete than RANS solutions.

ANGELA OURIVIO NIECKELE

ANGELA OURIVIO NIECKELE

MARCELO JOSE DOS SANTOS LEMOS

LUIZ EDUARDO BITTENCOURT SAMPAIO

JOSE DINIZ MESQUITA ABRUNHOSA

MARCELO JOSE COLAÇO

2009-11-18

2009-09-30

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PORTUGUÊS

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=14607@1

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=14607@2

https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.14607