Cálculo numérico da resposta de um aerofólio a um escoamento turbulento compressível

Orientador: William Roberto Wolf Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Baseado na teoria de Amiet, esse trabalho propõe uma abordagem numérica para calcular a função de transferência aeroacústica para aerofólios de geometria realística. A funço de transferência aeroacústica relaciona a amplitude e fase de uma rajada periódica incidente a sua respectiva resposta de sustentação não-estacionária, permitindo, então, a aplicação da analogia de Curle para predição do ruído radiado. A presente metodologia é focada no problema de bordo de ataque de aerofólios, que ocorre quando se tem um escoamento turbulento incidindo sobre uma asa. Essa abordagem é válida para escoamentos subsônicos e asas de elevado alongamento sujeitas a rajadas periódicas tridimensionais com velocidade de traço supersônica no bordo de ataque (i.e., rajadas supercríticas). Ela também permite considerar o efeito de espalhamento secundário no bordo de fuga e, consequentemente, o efeito de aerofólios compactos. Esse trabalho propõe a aplicação iterativa do método de elementos de contorno para resolver numericamente o problema prescrito pela teoria de aerofólios linearizada no plano transformado de Prandtl-Glauert. Detalhes da implementação numérica são discutidos e incluem a aplicação de diferentes condições de contorno em cada passo do processo iterativo, o tratamento das derivadas numéricas na implementação da condição de Kutta e a representação acurada das singularidades presentes nos bordos de ataque e de fuga. O estudo valida a ferramenta numérica comparando os resultados com a teoria de Amiet obtida analiticamente para uma placa plana. Em seguida, efeitos de aerofólios realísticos no ruído são apresentados Abstract: Based on Amiet's theory formalism, we propose a numerical framework to compute the aeroacoustic transfer function of realistic airfoil geometries. The aeroacoustic transfer function relates the amplitude and phase of an incoming periodic gust to the respective unsteady lift response permitting, therefore, the application of Curle's analogy to compute the radiated noise. The methodology is focused on the airfoil leading-edge noise problem being able to also consider the trailing-edge back-scattering and, consequently, airfoil compactness effects. The approach is valid for compressible subsonic flows and the airfoil blade is assumed of large aspect ratio subjected to three-dimensional periodic gusts with supersonic velocity trace at the airfoil leading edge (i.e. supercritical gusts). This work proposes the iterative application of the boundary element method to numerically solve the boundary value problem prescribed by the linearized airfoil theory. Details of the numerical implementation are discussed and include the application of boundary conditions in different steps of the iterative procedure, treatment of derivatives in the implementation of the Kutta condition and accurate representation of singularities present at the leading- and trailing-edges. This study validates the numerical approach by comparing results with Amiet's theory obtained analytically. Subsequently, effects of realistic airfoil geometries on the leading-edge airfoil radiated noise are presented Mestrado Térmica e Fluídos Mestre em Engenharia Mecânica FAPESP 2015/19538-6