Simulação de escoamentos em aerofólios bidimensionais de dupla cunha e em asas sob regime supersônico

Abstract

A dinâmica dos fuidos computacional está em desenvolvimento acelerado pela era digital, e ela abre possibilidades de desenvolvimento de aeronaves supersônicas com novos patamares de e ciência e de baixa emissão de ruído. Embora as alternativas OpenSources não entreguem ainda a mesma performance como as plataformas comerciais, os softwares livres possuem a capacidade de superar os comerciais na razão de performance e custo. Diante disso, o presente trabalho se propôs a descrever o desempenho do OpenFOAM no cluster do CAALab no que se refere à precisão e custo computacional em escoamentos supersônicos externos, comparando-se com os resultados do software VAT, desenvolvido pelo próprio laboratório. Foi feita a compilação do OpenFOAM de forma otimizada para a arquitetura do cluster. Para o caso bidimensional, foi desenvolvido uma rotina de cálculo do escoamento sobre o aerofólio dupla cunha e comparou-se com o resultado da simulação, com e sem malha adaptativa. Já no caso tridimensional, utilizou-se o resultado apresentado na literatura, obtido em túnel de vento a partir de asas cujos per s são de dupla cunha. Quanto à analise do custo computacional, foi realizada uma análise de escalabilidade do OpenFOAM, variando-se a quantidade de subdivisões do domínio e o número de elementos. Obteve-se precisão de 0,94% no caso sem malha adaptativa e de 0,10% no caso de malha adaptativa na simulação bidimensional do OpenFOAM, enquanto o resultado do VAT obteve precisão de 1,08%. Em ambas as simulações, o ângulo do choque está de acordo com a teoria. Na análise de escalabilidade, o OpenFOAM não apresentou bom desempenho comparado ao VAT. O resultado sugere também que uma razão adequada para o presente caso no OpenFOAM seria de 80 mil elementos por processador. Por m, no caso tridimensional, a simulação no OpenFOAM se tornou pouco viável, uma vez que o tempo por iteração estava na ordem de 30 segundos no melhor caso. Notou-se que a estratégia de controle automático de resolução da malha acarreta um prejuízo significativo no tempo de processamento, e uma estratégia adequada seria de aplicar o refinamento automático após atingir-se a convergência com a malha menos densa. Contudo, o resultado seguiu a tendência apresentada na literatura.