Redução do
arrasto em um
corpo cilíndrico.
Apresentação do problema e
Motivação

Alto nível de iterações dos seres vivos com fluidos

Esforços fluido-dinâmicos influenciam as atividades
humanas

Estima-se que veículos terrestres utilizem 50% de sua
energia
consumida
para
superar
o
arrasto
aerodinâmico. Se aplicadas as técnicas conhecidas de
redução de arrasto seria economizado 20 bilhões de
dólares, apenas nos E.U.A
Teoria

Numero de Reynolds
 Determina
 Utilizado
 Utilizado
se o escoamento é laminar ou turbulento
para obter o Numero de Strouhal
para obter o coeficiente de arrasto utilizado
como referência.
Teoria

Conceito fundamental no desenvolvimento do
trabalho: Numero de Strouhal

Fornece a frequência de emissão de vórtices.
𝐹𝑑
𝑆𝑡 =
𝑈
 St = 0,2; F = 50 Hz
 Tempo
de simulação 0,1 s com 50 steps
Teoria

Destaca-se dois artigos que fomentaram a base
teórica para a realização desse trabalho:
 Seo,
Seong-Ho, et al., 2013, “Drag Reduction of a Bluff
Body by Grooves Laid Out by Design of Experiment,”
Journal of fluids engineering, vol. 135, nº 11.
 Yamagishi,
Y. and Oki, M., 2004, “Effect of Groove Shape on
Flow Characteristics around a Circular Cylinder with
Grooves”, Journal of Visualization, vol. 7, nº 3, pp. 209–216.
Situação Problema


Buscou-se reproduzir os resultados empíricos
w = 3,2mm
encontrados por Seo para a condição
otimizada.
Condições do experimento:
n=3
k = 1,0 mm
θ = 60º
p = 11°

Túnel de vento de seção quadrada 305mm.

Cilindro de alumínio de 40 mm de diâmetro.

Velocidade do ar 10 m/s.
Situação Problema

Os resultados obtidos por Seo e buscados nesse trabalho
são mostrados abaixo:

De acordo com Yamagashi o coeficiente de arrasto para
a faixa do Numero de Reynolds obtido – 26000 – deve estar
entre 1,1 e 1,2, como mostrado na figura abaixo:
Métodos

Realizadas 28 simulações

Regime transiente e permanente

Três modelos de turbulência – LVEL, KECHEN, KECHEN Low
Reynolds e também uma simulação laminar

Duas malhas para os modelos descritos acima: 101X100, 24X25

Uma malha de 51X51 elementos foi utilizada na simulação com
modelo transiente

Todos as malhas possuem um FINE GRID VOLUME que dobra o
numero de elemento dentro do volume.
51X51
24X25
Resultados

Os Resultados da Simulação são mostrados na tabela.
Resultados

Abordagem matemática incorreta

Modelo de turbulência força o ângulo de descolamento do escoamento
de forma semelhante ao efeito da introdução de uma perturbação.
Escoamento Laminar (direita), Escoamento Turbulento provocado por perturbação (esquerda)
Resultados

Simulação da situação problema no modelo laminar transiente.
Resultados

Obtenção das linhas de corrente para o modelo laminar e turbulento
Linhas de Correte
(Modelo: Malha Grossa – Lvel).
Linhas de Corrente (Modelo:
Malha Fina – Laminar).
Linhas de Correte
(Modelo: Malha Fina– Lvel).
Conclusão

Resposta dependente da malha


Coeficiente de arrasto não varia com:

Regime laminar ou turbulento

Regime transiente ou permanente

Modelo de turbulência

Não foi possível definir uma malha que forneça os valores de coeficiente de
arrasto adequados.
Dificuldade (impossibilidade) de encontrar respostas dentro da
faixa aceitável do parâmetro YPLS
Continuação do trabalho

A próxima etapa para a execução do trabalho como planejado
seria definir uma malha adequada.
Referencias
1] Richard, M. W., 2004, “Impact of Advanced Aerodynamic Technology on Transportation Energy Consumption,” SAE
Paper No. 2004-01-1306.
[2] Gad-el-Hak, M., 1989, “Flow Control,” Appl. Mech. Rev., 42, pp. 261–293.
[3] Dr Suzanne Fielding, 2005, “Laminar Boundary layer separation,” section 4.
[4] Seo, Seong-Ho, et al., 2013, “Drag Reduction of a Bluff Body by Grooves Laid Out by Design of Experiment,” Journal
of fluids engineering, vol. 135, nº 11.
[5] Igarashi, T., 1986, “Effect of Tripping Wires on the Flow Around a Circular Cylinder Normal to Airstream,” Bull. JSME,
29(255), pp. 2917–2924.
[6] Price, P., 1956, “Suppression of the Fluid-Induced Vibration of Circular Cylinders,” J. Engrg. Mech. Div., pp. 1030-1–
1030-21.
[7] Bearman, P. W., and Harvey, J. K., 1993, “Control of Circular Cylinder Flow by the Use of Dimples,” AIAA J., 31(10),
pp. 1753–1756.
[8] Rosa, E. S., “Computational Fluid Mechanics Using PHOENICS – Notas de Aula,” documento online, disponível em:
http://www.fem.unicamp.br/~phoenics/SITE_PHOENICS/AULAS/AULA1/aula1_arquivos/frame.htm.
[9] Yamagishi, Y. and Oki, M., 2004, “Effect of Groove Shape on Flow Characteristics around a Circular Cylinder with
Grooves”, Journal of Visualization, vol. 7, nº 3, pp. 209–216.
[10] Rosa, E. S., “Notas de Aula – IM 250 – Mecânica dos Fluidos”.
Muito Obrigado