Avaliação teórica de um mecanismo passivo de controle de arrasto abordando o ruído aerodinâmico aplicado ao corpo de Ahmed com traseira quadrada
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Autor(es)
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Guilherme de Souza Papini
Rudolf Huebner
Paulo Vinicius Trevizoli
Eduardo Bauzer Medeiros
Rudolf Huebner
Paulo Vinicius Trevizoli
Eduardo Bauzer Medeiros
Resumo
O aumento da eficiência energética de veículos automotores pode ser obtido por meio de
mecanismos passivos de controle de arrasto. Mas a mudança da geometria do veículo,
sobretudo em sua porção traseira, pode alterar as fontes de ruído aerodinâmico associadas ao
escoamento turbulento em sua esteira. É sabido que em veículos automotores o ruído devido
ao escoamento de ar torna-se importante a velocidades acima de 100 km/h e é caracterizado
principalmente por fonte tipo dipolo. Assim, o objetivo desta pesquisa é avaliar
numericamente, no corpo de Ahmed com traseira quadrada em escala industrial inserido em
escoamento com Re igual a 2,26 x 106, os efeitos aerodinâmicos e aeroacústicos introduzidos
por uma configuração específica de chanfros curtos em arestas horizontais da base. Para isso,
realizaram-se simulações por meio do Método de Decomposição de Reynolds não
estacionário associado a uma técnica baseada na Analogia Acústica de Lighthill. A simulação
reproduziu a organização média do escoamento na esteira próxima do modelo original e
identificou atividade espectral na bolha de separação com valores de 𝑆𝑡𝐻 entre 0,11 e 0,14.
Coeficiente de arrasto médio do modelo sem chanfros foi igual a 0,266 e superestimou em
5,7% o dado do experimento de referência. Quando se considerou apenas a base do veículo
como geradora de ruído e microfone posicionado a 10 metros da fonte, nível de pressão
sonora (NPS) máximo igual a 124 dB(A) foi calculado. A introdução dos chanfros na base do
veículo reduziu o comprimento e a área da seção transversal da bolha de separação. Mudanças
na atividade espectral da esteira e surgimento de vórtices longitudinais originados nas
extremidades laterais dos chanfros também foram observados. O modelo chanfrado percebeu
redução do coeficiente de arrasto em cerca de 2,7%, quando comparado com o modelo
original. Em relação ao ruído aerodinâmico, os resultados da simulação envolvendo o corpo
chanfrado revelam redução de até 9 dB(A) do NPS na banda de 1/3 de oitava centrada em
2500 Hz; redução do nível de pressão sonora na região do espectro inferior a 100 Hz; e
elevação do NPS em 8 dB(A) na banda centrada em 500 Hz.
Abstract
A passive drag control device can increase the energy efficiency of automobiles. But, the
change in the vehicle design especially in its afterbody shape can alter the noise source related
to the turbulent flow over it. It is well-known that the automotive wind noise becomes
relevant at a velocity range above 100 km/h and is characterized mainly by dipole sources.
Thus, the aim of this study is to simulate the Ahmed’s squared-back model at the industrial
scale, at a Reynolds number of 2.26 x 106, and investigate the aerodynamics and aeroacoustics
effects induced by a specific configuration of short chamfers in horizontal edges of the base.
Simulations based on Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes and a technique based on
Lighthill’s Acoustics Analogy were done. The simulation reproduced the mean organization
of the flow at the near wake to the original model and identified spectral activity of the
recirculation bubble with 𝑆𝑡𝐻 between 0.11 and 0.14. The mean drag coefficient of the model
was equal to 0.266 and overestimated by 5.7% the reference experiment data. While
considering just the vehicle’s base as a noise generator and a microphone positioned 10
meters apart, a sound pressure level (SPL) up to 124 dB (A) was calculated. The use of
chamfers in the model’s base reduced the length and cross section area of the recirculation
bubble. Changes in the wake’s spectral activity and the appearance of longitudinal vortices
originated at the lateral edges of the chamfers were observed as well. The modified model
experienced a drag coefficient reduction in the order of 2.7% compared to the original model.
Regarding the aerodynamic noise, the simulation results based on model with drag reduction
device revealed a reduction of SPL up to 9 dB (A) at 1/3- octave band centered in 2500 Hz;
reduction in the SPL in the spectrum region below 100 Hz; and an elevation of SPL of 8 dB
(A) at the band centered in 500 Hz.
Assunto
Engenharia mecânica, Arrasto (Aerodinâmica), Ruído aerodinâmico, Métodos de simulação
Palavras-chave
Aeroacústica, CFD, Controle de arrasto, CAA, Corpo de Ahmed, Simulação numérica