[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.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:14607 |
| Date | 18 November 2009 |
| Creators | ANDRE LUIZ TENORIO REZENDE |
| Contributors | ANGELA OURIVIO NIECKELE |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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