Transferência De Calor E Massa No Escoamento Bifásico Em Torno De Aerofólios Equipados Com Sistemas De Antigelo Aeronáuticos – Guilherme Araujo Lima Da Silva

Transferência De Calor E Massa No Escoamento Bifásico Em Torno De Aerofólios Equipados Com Sistemas De Antigelo Aeronáuticos – Guilherme Araujo Lima Da Silva
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Resumo:

Há a necessidade de prevenir formação de gelo nas asas e nos estabilizadores de aeronaves; pois as formas de gelo podem causar a degradação do desempenho aerodinâmico; o aumento de peso; bem como dificuldades de controle e manobra que; em casos críticos; leva a uma diminuição da margem de segurança operacional. Quando as aeronaves atravessam nuvens com gotículas de água sub-resfriadas; ou seja; em equilíbrio metaestável; o crescimento de gelo ocorre nas superfícies não protegidas. Usualmente; os sistemas antigelo térmicos de aerofólios são projetados; desenvolvidos e certificados com o auxílio de programas de simulação numérica. O presente trabalho visa desenvolver e implementar um modelo matemático para prever a transferência de calor e massa no escoamento bidimensional bifásico em torno de aerofólios de uso aeronáuticos; equipados com sistema de antigelo térmico operando em regime permanente. Em condições de formação de gelo; é necessário aquecer o bordo de ataque e controlar a temperatura da região protegida para que não ocorra formação de gelo. O sistema de aquecimento compensa os efeitos do resfriamento imposto principalmente pelos mecanismos acoplados de evaporação e transferência de calor por convecção; que são causados pelo escoamento do ar carregado de gotículas sub-resfriadas e pelo escoamento da água líquida residual. O modelo deverá estimar a distribuição de temperaturas de superfície e o coeficiente de transferência de calor com precisão ao uso em aplicações aeronáuticas. O presente trabalho implementou novos submodelos para: 1) estimar a molhabilidade da superfície do aerofólio por meio de um modelo matemático para caracterizar o escoamento da água líquida residual na padrão de filme e de filetes; 2) avaliar o comportamento dinâmico e térmico da camada-limite laminar e turbulenta por meio de análises integral e diferencial; que considera efeitos do gradiente de pressão; da transição laminar-turbulenta; da transpiração e da não uniformidade de temperatura da superfície e 3) estimar o início e o término da região de transição laminar-turbulenta. O presente trabalho seguiu um processo de desenvolvimento de código numérico que: verificou os resultados de cada submodelo separadamente para depois implementados no modelo do antigelo; validou os resultados da simulação de desempenho do sistema antigelo com os novos submodelos implementados. Os resultados obtidos foram considerados satisfatórios para o modelo do antigelo que utilizou os submodelos de ruptura de filme e formação de filetes pelo critério da Energia Mecânica Total Mínima; de camada-limite diferencial compressível e de previsão da transição laminar-turbulenta por correlações algébricas; que consideraram efeitos do gradiente de pressão e do nível de turbulência ao longe.

Detalhes:

  • Categoria: Teses e dissertações
  • Instituição: USP/ENGENHARIA MECÂNICA
  • Área de Conhecimento: ENGENHARIA MECÂNICA
  • Nível: Doutorado
  • Ano da Tese: 2009
  • Tamanho: 7.09 MB
  • Fonte: Portal Domínio Público

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