dc.creator | Bottlender, Pedro Henrique Melo | |
dc.date.accessioned | 2023-05-10T18:57:49Z | |
dc.date.available | 2023-05-10T18:57:49Z | |
dc.date.issued | 2023-02-09 | |
dc.identifier.uri | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/29037 | |
dc.description.abstract | Brazil 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.language | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de Santa Maria | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | * |
dc.subject | Perfil aerodinâmico | por |
dc.subject | Hidrofólio | por |
dc.subject | Biomimética | por |
dc.subject | CFD | por |
dc.subject | Aerodynamic profiling | eng |
dc.subject | Hydrofoil | eng |
dc.subject | Biomimetics | eng |
dc.title | Estudo da utilização de conceitos biomiméticos no perfil hidrodinâmico NACA 4412 | por |
dc.title.alternative | Study of the use of biomimetic concepts in the hydrodynamic profile NACA 4412 | eng |
dc.type | Dissertação | por |
dc.description.resumo | O 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.advisor1 | Demarco, Giuliano | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/1717623556102600 | por |
dc.contributor.advisor-co1 | Santos, César Gabriel dos | |
dc.contributor.referee1 | Souza, Carlos Eduardo de | |
dc.contributor.referee2 | Rezende, André | |
dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/6451019950277785 | por |
dc.publisher.country | Brasil | por |
dc.publisher.department | Engenharia Mecânica | por |
dc.publisher.initials | UFSM | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica | por |
dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA | por |
dc.publisher.unidade | Centro de Tecnologia | por |