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Simulações de grandes escalas de turbinas axiais supersônicas

Processo: 19/26196-5
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Doutorado
Vigência (Início): 01 de março de 2020
Situação:Interrompido
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Aeroespacial - Aerodinâmica
Pesquisador responsável:William Roberto Wolf
Beneficiário:Hugo Felippe da Silva Lui
Instituição-sede: Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:13/08293-7 - CECC - Centro de Engenharia e Ciências Computacionais, AP.CEPID
Bolsa(s) vinculada(s):21/14199-0 - Investigação de interações entre choques e camadas limite em turbinas axiais supersônicas, BE.EP.DR
Assunto(s):Dinâmica dos fluidos computacional   Escoamento supersônico   Turbinas

Resumo

Combustores de detonação rotativa (RDCs, do inglês Rotating Detonation Combustors) oferecem um salto potencial na eficiência térmica de turbinas a gás. Esse promissor combustor de detonação pode potencialmente proporcionar um aumento na eficiência térmica de 20% em comparação com os atuais motores de última geração. Diferente dos tradicionais combustores presentes em turbinas a gás, a configuração dos RDCs resulta em escoamentos supersônicos na saída do combustor. O design das turbinas axiais convencionais exibem desempenho aerodinâmico inaceitável quando expostas a condições supersônicas devido à geração de uma onda de choque normal na entrada da turbina. Recentemente, novos projetos foram desenvolvidos para ingerir a onda de choque normal, permitindo assim que a turbina opere em regime supersônico. Turbinas axiais adequadas para escoamentos supersônicos têm atraído o interesse de engenheiros e cientistas devido à sua alta potência específica, que pode permitir uma potencial redução do número de estágios em turbinas a gás. As turbinas axiais supersônicas encontram aplicação em sistemas de propulsão e geração de energia. No entanto, a operação eficiente dessas novas máquinas de fluxo representa um desafio devido aos complexos mecanismos físicos envolvidos nos escoamentos supersônicos como reflexão das ondas de choque, interações entre onda de choque e camada limite e o processo de iniciação dos escoamentos supersônicos. Neste trabalho, um procedimento de simulação de grandes escalas com resolução de parede será adotado para estudar os efeitos de diferentes condições do escoamento e configurações de bordo de ataque nos mecanismos de perdas aerodinâmicas em turbinas axiais supersônicas. Para obter soluções acuradas, uma metodologia de malha sobreposta será empregada nas simulações. O objetivo fundamental do estudo é compreender melhor os processos físicos relacionados aos escoamentos supersônicos em turbinas axiais. De acordo com a literatura recente, turbinas axiais supersônicas não foram estudadas utilizando simulações de alta fidelidade e, desse modo, gostaríamos de ser pioneiros em tais estudos. (AU)

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