Centro Nacional de Processamento de Alto Desempenho em São Paulo

Workshop em Computação Científica, CENAPAD-SP 20 Anos

Campinas, SP –2014

William R. Wolf

wolf@fem.unicamp.br

Universidade Estadual de Campinas

Faculdade de Engenharia Mecânica

Simulação Numérica

Aplicada em Problemas de

Aerodinâmica e Aeroacústica

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Aeroacústica

• Aplicações tecnológicas:

- geração de ruído em aeronaves

- geração de ruído em automóveis e trens de alta velocidade

- geração de ruído em ventiladores industriais, pás de turbinas a gás e turbinas eólicas

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Ruído de Aeronaves

• O ruído de aeronaves é um dos fatores que afetam o atual crescimento da aviação

• Grupo moto-propulsor

- turbina

- combustão

- jato

• Escoamento-estrutura

- trens de pouso

- dispositivos hiper-sustentadores

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Computação Paralela

• Problemas investigados incluem física complexa:

turbulência & acústica

• Desenvolvimento de métodos numéricos avançados

• Utilização das ferramentas numéricas: necessidade de computadores de alto desempenho para a solução de problemas práticos de engenharia

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Aplicações

• Aeroacústica de aerofólios

• Aerodinâmica e aerocústica de corpos rombudos

• Efeitos de instalação de jatos

• Escoamentos em canais

• Importante para: projeto de asas, dispositivos hiper-sustentadores, pás de turbinas eólicas, hélices e ventiladores

• Ruído de bordo de ataque

• Ruído próprio: camadas limite laminares e turbulentas, separação, espessura de bordo de fuga e pontas de asa

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Aeroacústica de Aerofólios

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Aeroacústica de Aerofólios

(R. Miotto, J. Koochemolayil, S. Lele, W. Wolf)

- geração de ruído em problemas de separação e estol (condições de aterrissagem)

- simulações com alto custo computacional – problema pouco investigado

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Aeroacústica de Aerofólios

Transição e turbulência em aerofólios

(S. Lele, W. Wolf)

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Aeroacústica de Aerofólios

Simulação numérica Experimentos Sagrado and Hynes,

Imperial College

Comparação com experimentos é fundamental!

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Aeroacústica de Aerofólios

- geração de ruído tonal em barras transversais de automóveis

- influência da espessura de bordos de fuga na geração de ruído

- estudo das fontes de ruído e formas de redução de ruído

(W. Ramirez, C. Covre, W. Wolf)

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Aeroacústica de Aerofólios

- geração de ruído tonal

em pás de turbinas

- efeitos de compressibilidade e perturbações do escoamento no ruído de bordos de ataque

- utilização de métodos de malhas sobrepostas

(B. Backes, W. Wolf)

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Aeroacústica de Trens de Pouso

- trens de pouso representam uma das fontes fundamentais de ruído em aeronaves

- tratamento estatístico das fontes

- estudo das fontes nos componentes individuais (rodas, eixos, cavidades, etc)

- propagação do ruído utilizando métodos de multipolos rápidos

(P. Azevedo, R. Aoki, W. Wolf)

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Aerodinâmica de Corpos Rombudos

- vibrações induzidas por vórtices ocorrem em tubulações submersas, estruturas, trocadores de calor, trens de pouso

- redução de arrasto, sustentação e ruído através de controle do escoamento

- solução das equações de Navier-Stokes em referencial não-inercial

(R. Aoki, A. Calvinho, W. Wolf)

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Instalação de Jatos

(A. Cavalieri, P. Jordan, W. Wolf)

- onde instalar o motor aeronáutico de forma a se reduzir o ruído da interação jato + asa?

- desenvolvimento de métodos de solução rápida em computadores paralelos

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Asas Poro-Elásticas

(A. Cavalieri, J. Jaworski, W. Wolf)

- utilização de porosidade e elasticidade para a redução de ruído de asas

- desenvolvimento de ferramentas paralelas de solução rápida

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Escoamentos em Canais

(L. Schiavo, J. Azevedo, W. Wolf)

- produção e dissipação de turbulência em escoamentos com gradientes de pressão

- modelos de turbulência

- redução de perda de carga em canais

• É possível resolver problemas de interesse da

engenharia utilizando ferramentas de

simulação

• Computação de alto desempenho tem um papel

fundamental

• Diversos níveis de precisão podem ser

considerados (ferramentas de projeto e

otimização VS análise minuciosa da física)

• Metodologia complementa técnicas analíticas e

experimentos

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Conclusões

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Financiamento

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Agradecimentos

• Grupo de pesquisa formado por

estudantes de pós-graduação e graduação

• Toda a equipe do CENAPAD-SP

• Colaboradores de outras instituições: Stanford University, Lehigh University, NASA,

ONERA, Université de Poitiers, Instituto Tecnológico

de Aeronáutica, Instituto de Aeronáutica e Espaço