Simulações numéricas de alta fidelidade aplicadas em aerodinâmica não-estacionária, turbulência e aeroacústica

Resumo

A aerodinâmica não-estacionária tem um papel fundamental no projeto de aeronaves, helicópteros, automóveis, turbinas eólicas e a gás, ventiladores industriais e drones mais eficientes e silenciosos. Geralmente, nesses dispositivos, os escoamentos são tipicamente turbulentos e, portanto, é de suma importância melhorar nossa compreensão sobre turbulência. Por meio de uma melhor compreensão de escoamentos não-estacionários e turbulência, engenheiros e cientistas poderiam projetar veículos automotivos e aeronaves com forças de arrasto reduzidas. Isso, por sua vez, implicaria na economia de combustível e, consequentemente, na redução dos custos de transporte e das emissões de gases de efeito estufa. Os escoamentos não-estacionários também levam à geração de ruído aerodinâmico, ou aeroacústico, como subproduto. É importante mencionar que o ruído aeroacústico se tornou uma parte inerente do projeto de aeronaves comerciais modernas devido à necessidade de se reduzir os níveis de ruído a fim de atender os requisitos cada vez mais rigorosos das agências de regulamentação. Portanto, melhorar a capacidade de análise de escoamentos envolvendo turbulência e aeroacústica é um requisito fundamental para as indústrias de transporte e energia. Dessa forma, este projeto abordará problemas envolvendo aerodinâmica não-estacionária, turbulência e geração de ruído aeroacústico por meio de simulações numéricas de alta fidelidade. Os grandes bancos de dados gerados pelas simulações serão analisados empregando técnicas de decomposição modal de escoamentos, análise espectral, estabilidade hidrodinâmica, aprendizado de máquina e modelagem de ordem reduzida. Com a aplicação desses métodos, esperamos obter um melhor entendimento dos diversos fenômenos espaciais e temporais que são inerentes aos escoamentos aerodinâmicos não-estacionários e à turbulência. Estudos serão realizados para três grandes problemas com aplicações científicas e tecnológicas: 1) estol dinâmico, 2) sistemas de propulsão supersônica, e 3) geração de ruído em configurações inovadoras de mobilidade urbana. (AU)