[pt] In order to gain deeper understanding of the ow physics around low aspect ratio wings, the current dissertation presents a numerical study of the ow around a race-car rear wing, in particular, the PUC-Rio Formula-University car. To diminish the time it takes to prepare a numerical simulation, we evaluate the performance and accuracy of a particular utility available in Open-FOAM, namely, snappyHexMesh, which generates hexahedral unstructured grids. The effect of using such a grid in numerical simulations employing two different turbulence models (Spalart Allmaras and k - w SST) for several angles of attack is investigated. The methodology of the study comprised six steps: 3D scanning of the real geometry, geometry modeling, grid generation, ow computation, solution validation, ow visualization and analysis. The grid qualities were assessed using a simple two-dimensional case, which showed good agreement with experimental data with an absolute difference ranging between 0.39 per cent and 8 per cent. While comparing them with numerical validated data the difference ranged between 0.5 per cent and 3.6 per cent. By visualizing the velocity and pressure fields, it was confirmed that the methodology used in the current study is capable of capture the various physical phenomena present in the ow around a rear wing, which is characterized by horseshoe vortices at the end plates, local recirculation zones, tip vortices and their interaction with the boundary layer at the suction surface. The simulations showed that the size of the tip and horseshoe vortices increases with the angle of attack, as well as their in uence on the boundary-layer separation. Consequently, although the end plates are known to be useful in reduction of vortex, it was observed there is still a great waste of energy in their formation. / [en] A fim de obter uma compreensão mais profunda da física do escoamento
em torno de asas de baixa relação de aspecto, a presente dissertação
apresenta um estudo numérico do escoamento em torno da asa traseira de
um carro de corrida, em particular, o carro de fórmula da PUC-Rio. Para
diminuir o tempo que leva para preparar uma simulação numérica, avaliamos
o desempenho e a precisão de um utilitário disponível no OpenFOAM
chamado snappyHexMesh, o qual gera malhas não estruturadas usando
em sua maioria elementos hexahédricos. O efeito do uso de tal malha nos
resultados das simulações numéricas é investigado, empregando dois modelos
de turbulência diferentes (Spalart Allmaras e k - omega SST) para vários
ângulos de ataque. A metodologia do estudo foi composta por seis etapas:
a digitalização da geometria, a modelagem da geometria, a geração da
malha, o cálculo do escoamento, a avaliação da solução, a visualização e
análise do escoamento. As qualidades da malha foram avaliados através de
um caso bidimensional simples, que mostrou boa concordância com dados
experimentais com uma diferença absoluta variando entre 0,39 por cento e 8 por cento.
Em quanto que comparando-os com dados numéricos validados a diferença
variou entre 0,5 por cento e 3,6 por cento. Visualizando os campos de velocidade e os campos
de pressão, foi confirmado que a metodologia utilizada no estudo é capaz
de capturar os diversos fenômenos físicos presentes no escoamento, o qual
é caracterizado por vórtices de ferradura nas placas, zonas de recirculação
locais, vórtices de ponta e sua interação com a camada limite na superfície
de sucção. As simulações mostraram que o tamanho dos vórtices de ponta e
dos vórtices de ferradura aumenta com o ângulo de ataque, bem como sua
inuência sobre a separação da camada limite. Consequentemente, embora
as placas sejam reconhecidamente úteis na diminuição dos efeitos de ponta,
ainda há um grande desperdício de energia na formação de vórtices.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:55832 |
| Date | 11 November 2021 |
| Creators | LUIS DANIEL PERALTA MALDONADO |
| Contributors | SERGIO LEAL BRAGA |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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