Análise de estruturas turbulentas coerentes em simulações de grandes escalas de estol dinâmico

Resumo

A presente proposta descreve o plano de pesquisa associado ao estágio no exterior (BEPE) do estudante Brener d'Lélis Oliveira Ramos. O aluno está atualmente matriculado no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica da Universidade Estadual de Campinas, UNICAMP, e é financiado por uma Bolsa de Mestrado FAPESP, Processo nº 2016/24504-6. O período de estágio no exterior deve ser realizado na Florida State University, FSU, localizada em Tallahassee, FL, EUA. Durante este período, Brener trabalhará sob a supervisão do Prof. Kunihiko Taira, atualmente Professor Associado do Departamento de Engenharia Mecânica da FSU. O Prof. Taira possui ampla experiência nos campos de decomposição modal de escoamentos, análise de estruturas coerentes, modelagem de ordem reduzida, controle de escoamento, dinâmica dos fluidos computacional e métodos numéricos. Todos esses tópicos estão relacionados à presente proposta de pesquisa. Este projeto tem como objetivo estudar perfis em condições de estol dinâmico. Esse fenômeno ocorre frequentemente em rotores de helicópteros a altas velocidades de vôo ou durante manobras e é responsável por grandes cargas de torção e vibrações nas pás do rotor. Por isso, estol dinâmico é um fator limitante para o desempenho do helicóptero. Além disso, esse fenômeno também encontra aplicações no estudo de veículos micro-aéreos que imitam sistemas biológicos como pássaros e insetos e turbinas eólicas. Neste projeto, combinaremos simulações compressíveis de grandes escalas com métodos de decomposição modal de escoamento para a identificação de estruturas turbulentas coerentes que sejam energeticamente e dinamicamente relevantes para a física do escoamento envolvendo estol dinâmico. Técnicas como a decomposição ortogonal própria, POD, decomposição de modos dinâmicos, DMD, estruturas coerentes Lagrangianas, análise de operadores resolventes e transformações de ondaletas podem fornecer informações sobre estruturas coerentes e instabilidades hidrodinâmicas que não são claramente observadas em simulações numéricas de escoamentos turbulentos. Neste trabalho, aplicaremos as técnicas mais relevantes para problemas de escoamentos com estol dinâmico. É importante destacar que o grupo de pesquisa da FSU vem promovendo a aplicação de tais ferramentas no contexto de escoamentos turbulentos e LES. Os resultados obtidos na colaboração atual fornecerão informações relevantes para o desenvolvimento e aplicação de técnicas de controle para melhorar o desempenho de voo em configurações de escoamentos envolvendo estol dinâmico. (AU)