Projeto e calibração de um instrumento de medição das forças
aerodinâmicas para túnel de vento
José Filipe Trilha de Carvalho, Leonardo Machado da Rosa, Eduardo Nabinger
Universidade de Caxias do Sul, UCS.
[email protected] / [email protected] / [email protected] / (54) 3218-2100
Palavras-chave: aerofólio, aerodinâmica, fluidodinâmica computacional, simulação.
MATERIAIS E MÉTODOS
INTRODUÇÃO
O fluxo de ar ao redor da superfície de um aerofólio é analisado,
por meio do emprego de técnicas numéricas e experimentais.
Diferentes velocidades são avaliadas, e seu efeito sobre as forças
de arraste e sustentação sobre o aerofólio é medido.
OBJETIVOS
Utilizou-se o software OpenFoam para obtenção dos resultados
numéricos.
 Simulador "simpleFoam” para escoamento monofásico, turbulento
em estado estacionário.
 1000 iterações para convergência dos balanços de massa e
movimento.
 Modelos avaliados: Shear Stress Transport (SST), Reynolds Stress
Model (RSM) e Spalart Allmaras.
 Ensaios experimentais: o aerofólio foi instalado em um túnel de
vento, 400mm de diâmetro e 1m seção de testes.
 Dispositivo de medição composto por células de cargas para aferir
precisamente os valores das forças aerodinâmicas.

Validação do projeto do dispositivo de medição através da
realização de ensaios experimentais.
Comparação dos resultados com dados experimentais obtidos em
túnel de vento, com resultados numéricos da Fluidodinâmica
Computacional através do uso do software CFD OpenFOAM,
utilizando diferentes modelos de turbulência RANS, a fim de
verificar o modelo de turbulência mais adequado para essa
aplicação.
RESULTADOS
O aerofólio foi instalado na parte interna do túnel de vento
conforme ilustrado na Figura 2, e seu centro de massa foi fixado
em um dispositivo de medição composto por células de cargas
utilizadas para aferir precisamente os valores das forças
aerodinâmicas geradas pelo aerofólio.
Figura 2 – Força de sustentação, experimental e predita numericamente
A variação média entre os valores preditos pelo modelo SpalartAllmaras com os resultados experimentais para a força de
sustentação, variam de 0,74% a 4,43%, com uma média em torno de
2,61%.
 Tempos de simulação para atingir os resultados finais:
 SST: 81 minutos;
 Spalart-Allmaras: 82 minutos;
 RSM: 141 minutos.
 Diferenças com os valores experimentais para arraste:
 RSM: 8,85%;
 SST: de 6,25% a 17,19%; média de 10,38%;
 Spalart-Allmaras: 16,66% a 21,62%, média de 19,47%.
Figura 1 – Aerofólio posicionado no túnel de vento
Os ensaios realizados repetidas vezes resultaram em valores
médios de Sustentação (L) e Arraste (N) para cada faixa de
velocidades, conforme estão descritos abaixo.
V [m/s]
22
23
24
25
26
Experimental
D [N]
L [N]
0,27
1,09
0,3
1,22
0,34
1,34
0,37
1,5
0,4
1,65
SST
D [N]
0,09
0,107
0,12
0,14
0,17
L [N]
0,93
1,12
1,44
1,6
1,89
Spalart-Allmaras
D [N]
L [N]
0,22
1,13
0,25
1,24
0,27
1,35
0,29
1,46
0,32
1,58
RSM
D [N]
L [N]
0,15
0,97
0,18
1,17
0,22
1,39
0,25
1,65
0,3
1,94
REFERÊNCIAS
[1] KARTHIK, T.S.D. Turbulence models and their applications. Department of Mechanical Engineering IIT Madras:
10th Indo German Winter Academy, 2011.
[2] LAUNDER, B.E.; REECE, G. J.; RODI, W. Progress in the development of a Reynolds-stress turbulence closure. J.
Fluid Mech. 1975, Vol. 68, part 3, pp. 537 - 566.
[3] MALISKA, C. R. Transferência de Calor e Mecânica dos Fluidos Computacional. 2 ed. LTC: Rio de Janeiro, 2013.
[4] ROACHE, P. J.; CELIK, I. B.; FREITAS, C. J.; COLEMAN, H.; RAAD, P. E.; GHIA, U. Procedure for Estimation and
Reporting of Uncertainty Due to Discretization in CFD Applications. Journal of Fluids Engineering. July 2008, Vol. 130
/ 078001-3.
[5] RUMSEY, C. L.; SPALART, P. R. Turbulence Model Behavior in Low Reynolds Number Regions of Aerodynamic
Flowfields. AIAA JOURNAL Vol. 47, No. 4, April 2009. DOI: 10.2514/1.39947.
[6] SPALART, P.R. Strategies for turbulence modelling and simulations. International Journal of Heat and Fluid Flow
21 (2000) 252-263.
CONCLUSÕES
As medições realizadas apresentaram resultados satisfatórios
para a predição da força de sustentação, enquanto que uma
maior variação foi obtida para a predição da força de arraste.
Melhores resultados foram obtidos para a predição da força de
sustentação, enquanto que uma maior variação foi obtida para a
predição da força de arraste.
 Modelo Spalart-Allmaras mais adequado para a predição do
escoamento turbulento, com resultados precisos e baixo tempo
computacional.
 O dispositivo foi considerado adequado para a avaliação das
forças aerodinâmicas.
