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dc.creatorBottlender, Pedro Henrique Melo
dc.date.accessioned2023-05-10T18:57:49Z
dc.date.available2023-05-10T18:57:49Z
dc.date.issued2023-02-09
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/29037
dc.description.abstractBrazil is one of the great countries that generate electricity through hydraulic energy. In a hydroelectric power plant, the hydraulic turbines are the only ones responsible for transforming hydraulic energy into mechanical energy, to be later transformed into electrical energy. The rotor is one of the most important components found in turbines, and blades of some hydraulic turbines, such as Kaplan and Francis turbines, are formed by aerodynamic profiles, which must be validated and tested before being applied in hydraulic turbine designs. Thus, it can be stated that airfoils are surfaces that cause pressure differences, resulting in velocity differences between the upper surface and lower surface, generating aerodynamic effects. Thinking about innovation in the area, biomimetics can be a good alternative, which consists in being inspired by biological organisms to carry out projects in different branches of knowledge, or also, to apply basic principles of nature in projects and studies. The humpback whale can serve as inspiration, because it is a mammal that, when preying, has the ability to perform spinning maneuvers, an ability found because they have protuberances on the entire leading edge of their large fins, improving the flow control and flexibility of their maneuvers. Thus, this work aims to identify the main gains of hydrodynamic profiles NACA 4412 modified with the use of tubercles from flow analysis. To perform the study four hydrofoils were modeled, M1, M2, M3 and M4, three of these with sinusoidal characteristics at the leading edge, varying the wavelength and amplitude of the protrusions. The study was performed in ANSYS Fluent software, the computational domain defined based on bibliographic references to meet the needs of the simulations, the mesh was verified from tests of mesh independence and the model validated through the analysis of the pressure and lift coefficients, and all simulations using water as the working fluid. To perform the computational analyses, different angles of attack were considered, a range of 0 to 25 degrees. When compared to the standard profile, the NACA 4412 hydrofoils modified with tubers lost lift earlier, starting at 6 degrees of pitch. After 5 degrees, the drag coefficients become larger for the modified profiles. The drag polar plot shows that for low drag coefficients the tubercles hydrofoil showed higher support, but the modified hydrofoils showed higher support for higher drag coefficients. For 20 and 25 degrees, it was possible to verify a delay at the point of displacement of the boundary layer, especially for the M4 configuration. For alpha=25º it was identified irregular flow and with recirculations in 2/3 along the modified profiles, as for the hydrofoil without modification this characteristic of the flow reaches regions even closer to the leading edge, but has places where the recirculations are smaller. Despite the difficulties presented, new and interesting results emerged. It was possible to show that the insertion of tubercles on the leading edge of the profiles presented result in interesting characteristics in the analysis of the lift and drag coefficients, as well as in the velocity and boundary layer fields.eng
dc.languageporpor
dc.publisherUniversidade Federal de Santa Mariapor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/*
dc.subjectPerfil aerodinâmicopor
dc.subjectHidrofóliopor
dc.subjectBiomiméticapor
dc.subjectCFDpor
dc.subjectAerodynamic profilingeng
dc.subjectHydrofoileng
dc.subjectBiomimeticseng
dc.titleEstudo da utilização de conceitos biomiméticos no perfil hidrodinâmico NACA 4412por
dc.title.alternativeStudy of the use of biomimetic concepts in the hydrodynamic profile NACA 4412eng
dc.typeDissertaçãopor
dc.description.resumoO Brasil é um dos grandes países que geram energia elétrica através da energia hidráulica. Em uma usina hidrelétrica, as turbinas hidráulicas são as únicas responsáveis por realizar a transformação de energia hidráulica em energia mecânica, para posteriormente ser transformada em energia elétrica. O rotor é um dos componentes mais importantes encontrados nas turbinas, sendo que pás de algumas turbinas hidráulicas, como por exemplo, as turbinas Kaplan e turbinas Francis, são formadas por perfis aerodinâmicos, os quais devem ser validados e testados antes de serem aplicados em projetos de turbinas hidráulicas. Desta forma, pode-se afirmar que os perfis aerodinâmicos são superfícies que causam diferenças de pressão, resultando em diferenças de velocidades entre o extradorso e intradorso, gerando efeitos aerodinâmicos. Pensando em inovação na área, a biomimética pode ser uma boa alternativa, sendo que consiste em inspirar-se em organismos biológicos para realizar projetos de diferentes ramos do conhecimento, ou também, aplicar princípios básicos da natureza em projetos e estudos. A baleia Jubarte pode servir como inspiração, pois é um mamífero que, ao predar, possui a capacidade de realizar manobras de giro, facilidade encontrada por possuírem protuberâncias em todo bordo de ataque de suas grandes nadadeiras, melhorando o controle do escoamento e a flexibilidade de suas manobras. Desta forma, este trabalho tem como objetivo identificar os principais ganhos de perfis hidrodinâmicos NACA 4412 modificados com a utilização de tubérculos a partir de analises do escoamento. Para realizar o estudo foram modelados quatro hidrofólios, M1, M2, M3 e M4, sendo três destes com características senoidais no bordo de ataque, variando o comprimento de onda e a amplitude das protuberâncias. O estudo foi realizado no software ANSYS Fluent, o domínio computacional definido com base em referências bibliográficas para suprir as necessidades das simulações, a malha foi verificada a partir de testes de independência de malha e o modelo validado através da análise dos coeficientes de pressão e sustentação, sendo todas as simulações utilizando água como fluido de trabalho. Para executar as análises computacionais, foram considerados diferentes ângulos de ataque, uma faixa de 0 à 25 graus. Quando comparados com o perfil padrão, os hidrofólios NACA 4412 modificados com tubérculos perderam sustentação antes, a partir dos 6 graus de inclinação. Após 5 graus, os coeficientes de arrasto se tornam maiores para os perfis modificados. O gráfico de polar de arrasto mostra que para baixos coeficientes de arrasto o hidrofólio sem tubérculo apresentaram maior sustentação, porém os hidrofólios modificados revelaram maior sustentação para maiores coeficientes de arrasto. Para 20 e 25 graus, foi possível verificar um atraso no ponto de deslocamento da camada limite, principalmente para a configuração M4. Para alpha=25º foi identificado escoamento irregular e com recirculações em 2/3 ao longo dos perfis modificados, já para o hidrofólio sem modificação essa característica do escoamento atinge regiões ainda mais próximas ao bordo de ataque, porém possui locais que as recirculações são menores. Apesar das dificuldades apresentadas, surgiram resultados novos e interessantes. Foi possível mostrar que a inserção de tubérculos no bordo de ataque dos perfis apresentados resultam em características interessantes nas análises dos coeficientes de sustentação e arrasto, assim como no campos de velocidade e camada limite.por
dc.contributor.advisor1Demarco, Giuliano
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1717623556102600por
dc.contributor.advisor-co1Santos, César Gabriel dos
dc.contributor.referee1Souza, Carlos Eduardo de
dc.contributor.referee2Rezende, André
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/6451019950277785por
dc.publisher.countryBrasilpor
dc.publisher.departmentEngenharia Mecânicapor
dc.publisher.initialsUFSMpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânicapor
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICApor
dc.publisher.unidadeCentro de Tecnologiapor


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