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Currículos Ativos
Plano de Ensino
Disciplina: 219034 - TÓPICOS AVANÇADOS EM MECÂNICA COMPUTACIONAL
Créditos: 3
Departamento: DEPTO DE MECANICA APLICADA E COMPUTACIONAL
Ementa
A disciplina visa o estudo da aerodinâmica de aerofólios e hélices. Apresentam-se os fundamentos teóricos e métodos de modelagem aplicados à aerodinâmica desses elementos, capacitando o estudante a analisar e simular o seus desempenhos aerodinâmicos utilizando ferramentas computacionais. Pretendem-se a compreensão dos princípios físicos da aerodinâmica de aerofólios, aplicação das equações fundamentais da dinâmica dos fluidos na análise de escoamentos, estudo de modelos simplificados de escoamento e geração de sustentação, utilização métodos de modelagem aerodinâmica, como o método dos painéis, a análise do funcionamento aerodinâmico de hélices, estudo de modelos teóricos de desempenho de hélices, incluindo o métodos de baixa fidelidade, estudo de ferramentas computacionais para análise e simulação aerodinâmica de hélices.
Conteúdo
Parte 1 – Aerodinâmica de aerofólios
Capítulo 1 – Conceitos fundamentais – modelo físico
1) Aerodinâmica de aerofólios
2) Geometria dos aerofólios e nomenclatura
3) Força aerodinâmicas
4) Equações gerais da dinâmica dos fluidos (continuidade, quantidade de movimento, energia) – Navier-Stokes
5) Escoamento invíscido, incompressível e irrotacional – equação de Laplace.
6) Teorema de Kutta-Joukowski
7) Escoamento na camada limite.
Capítulo 2 – Modelagem matemática pelo método dos painéis.
Capítulo 3 – Aplicações - XFOIL
Parte 2 – Aerodinâmica de hélices
Capítulo 1 – Geometria das hélices
Capitulo 2 – Coeficientes aerodinâmicos de hélices
Capítulo 3 – Princípios básicos – cinemática e forças em hélices
Capítulo 4 – Modelos básicos do disco atuador, da teoria do elemento de pá e modelo combinado (BEM)
Capítulo 5 – Modelos para correções associadas a perdas (vórtices)
Capítulo 6 – Aplicações – estudar as plataformas (livres) com o modelo BEM
QPROP, JAVAPROP, Qblade e CCblade
Capítulo 1 – Conceitos fundamentais – modelo físico
1) Aerodinâmica de aerofólios
2) Geometria dos aerofólios e nomenclatura
3) Força aerodinâmicas
4) Equações gerais da dinâmica dos fluidos (continuidade, quantidade de movimento, energia) – Navier-Stokes
5) Escoamento invíscido, incompressível e irrotacional – equação de Laplace.
6) Teorema de Kutta-Joukowski
7) Escoamento na camada limite.
Capítulo 2 – Modelagem matemática pelo método dos painéis.
Capítulo 3 – Aplicações - XFOIL
Parte 2 – Aerodinâmica de hélices
Capítulo 1 – Geometria das hélices
Capitulo 2 – Coeficientes aerodinâmicos de hélices
Capítulo 3 – Princípios básicos – cinemática e forças em hélices
Capítulo 4 – Modelos básicos do disco atuador, da teoria do elemento de pá e modelo combinado (BEM)
Capítulo 5 – Modelos para correções associadas a perdas (vórtices)
Capítulo 6 – Aplicações – estudar as plataformas (livres) com o modelo BEM
QPROP, JAVAPROP, Qblade e CCblade
Bibliografia
ABBOTT, I. H.; VON DOENHOFF, A. E. Theory of wing sections. New York: Dover Publications Inc., 1959. 693 p
ANDERSON, J. D. Fundamentals of Aerodynamics. 6a. ed. New York: McGraw-Hill, 2017. 1154
MILEY, S. A catalog of low Reynolds number airfoil data for wind-turbine applications. United States, 2 1982
DRELA, M. Xfoil: An analysis and design system for low reynolds number airfoils. In: Low Reynolds number aerodynamics. [S.l.]: Springer, 1989. p. 1–12.
DETERS, R. W.; ANANDA, G. K.; SELIG, M. S. Reynolds number effects on the performance of small-scale propellers. In: AIAA AVIATION, 32nd., 2014, Atlanta, GA. 32nd AIAA Applied Aerodynamics Conference. Urbana, 2014. p. 2151.
Brandt, John & Selig, Michael. (2011). Propeller Performance Data at Low Reynolds Numbers. 10.2514/6.2011-1255.
DRELA, M. QPROP Formulation. 2006. Disponível em: . Acesso em: 20 de Abril de 2018.
DRELA, M. QPROP User Guide. 2007. Disponível em: . Acesso em: 19 de Abril de 2018
Ning, A., “Using Blade Element Momentum Methods with Gradient-Based Design Optimization,” Structural and Multidisciplinary Optimization, Vol. 64, No. 2, pp. 994–1014, May 2021. doi:10.1007/s00158-021-02883-6
NING, S. Andrew. A simple solution method for the blade element momentum equations with guaranteed convergence. Wind Energy, v. 17, n. 9, p. 1327-1345, 2014.
ANDERSON, J. D. Fundamentals of Aerodynamics. 6a. ed. New York: McGraw-Hill, 2017. 1154
MILEY, S. A catalog of low Reynolds number airfoil data for wind-turbine applications. United States, 2 1982
DRELA, M. Xfoil: An analysis and design system for low reynolds number airfoils. In: Low Reynolds number aerodynamics. [S.l.]: Springer, 1989. p. 1–12.
DETERS, R. W.; ANANDA, G. K.; SELIG, M. S. Reynolds number effects on the performance of small-scale propellers. In: AIAA AVIATION, 32nd., 2014, Atlanta, GA. 32nd AIAA Applied Aerodynamics Conference. Urbana, 2014. p. 2151.
Brandt, John & Selig, Michael. (2011). Propeller Performance Data at Low Reynolds Numbers. 10.2514/6.2011-1255.
DRELA, M. QPROP Formulation. 2006. Disponível em: . Acesso em: 20 de Abril de 2018.
DRELA, M. QPROP User Guide. 2007. Disponível em: . Acesso em: 19 de Abril de 2018
Ning, A., “Using Blade Element Momentum Methods with Gradient-Based Design Optimization,” Structural and Multidisciplinary Optimization, Vol. 64, No. 2, pp. 994–1014, May 2021. doi:10.1007/s00158-021-02883-6
NING, S. Andrew. A simple solution method for the blade element momentum equations with guaranteed convergence. Wind Energy, v. 17, n. 9, p. 1327-1345, 2014.
Bibliografia(continuação)
Não informado
Bibliografia complementar
Não informado