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Centro Nacional de Processamento de Alto Desempenho em São Paulo
Workshop em Computação Científica, CENAPAD-SP 20 Anos
Campinas, SP –2014
William R. Wolf
Universidade Estadual de Campinas
Faculdade de Engenharia Mecânica
Simulação Numérica
Aplicada em Problemas de
Aerodinâmica e Aeroacústica
Workshop em Computação Científica, CENAPAD-SP 20 Anos
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
Workshop em Computação Científica, CENAPAD-SP 20 Anos
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
Workshop em Computação Científica, CENAPAD-SP 20 Anos
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
Workshop em Computação Científica, CENAPAD-SP 20 Anos
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
Workshop em Computação Científica, CENAPAD-SP 20 Anos
Aeroacústica de Aerofólios
Workshop em Computação Científica, CENAPAD-SP 20 Anos
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
Workshop em Computação Científica, CENAPAD-SP 20 Anos
Aeroacústica de Aerofólios
Transição e turbulência em aerofólios
(S. Lele, W. Wolf)
Workshop em Computação Científica, CENAPAD-SP 20 Anos
Aeroacústica de Aerofólios
Simulação numérica Experimentos Sagrado and Hynes,
Imperial College
Comparação com experimentos é fundamental!
Workshop em Computação Científica, CENAPAD-SP 20 Anos
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)
Workshop em Computação Científica, CENAPAD-SP 20 Anos
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)
Workshop em Computação Científica, CENAPAD-SP 20 Anos
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)
Workshop em Computação Científica, CENAPAD-SP 20 Anos
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)
Workshop em Computação Científica, CENAPAD-SP 20 Anos
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
Workshop em Computação Científica, CENAPAD-SP 20 Anos
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
Workshop em Computação Científica, CENAPAD-SP 20 Anos
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
Workshop em Computação Científica, CENAPAD-SP 20 Anos
Conclusões
Workshop em Computação Científica, CENAPAD-SP 20 Anos
Financiamento
Workshop em Computação Científica, CENAPAD-SP 20 Anos
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