Análise CFD de nuvens de cavitação geradas pelo hidrofólio NACA0015

Abstract

A cavitação é um fenômeno físico presente em hélices de navios com implicações no potencial de erosão e no nível de emissão sonora. A problemática abordada nesta pesquisa diz respeito à influência do ruído subaquático gerado por nuvens de cavitação em corpos hidrodinâmicos e nos ecossistemas marinhos, questão que vem se tornando cada vez mais relevante diante do aumento do porte e da quantidade de embarcações nos oceanos. Reconhece-se, ainda, que a ausência de medidas regulatórias governamentais e a execução de projetos em desacordo com diretrizes de proteção ambiental tendem a agravar esse problema. Diante disso, observa-se uma crescente demanda por propostas de políticas públicas voltadas à mitigação de ruídos em embarcações comerciais. Justifica-se, portanto, a presente pesquisa pela necessidade de reduzir os impactos da intervenção humana sobre o ecossistema marinho. O objetivo deste estudo é desenvolver uma solução numérica capaz de estimar os fenômenos físicos associados às nuvens de cavitação em estruturas submersas. Para alcançar tal finalidade, foram realizadas simulações numéricas utilizando o software OpenFOAM, com a aplicação de modelos de turbulência e de cavitação implementados por outros autores. Empregou-se o modelo de turbulência RANS k-omega SST e os resultados foram avaliados com base no modelo de cavitação de Schnerr-Sauer. Para fins de validação, foram utilizados estudos numéricos e experimentais disponíveis na literatura envolvendo a dinâmica de fluidos de um hidrofólio NACA0015 e de um canal de Venturi. Também foi avaliada a sensibilidade ao refinamento da malha no canal de Venturi. Ademais, os resultados obtidos indicam a necessidade de investigações futuras mais aprofundadas, com o uso de ferramentas mais avançadas, como o modelo de turbulência LES e malhas tridimensionais, a fim de confirmar a precisão dos dados de simulações numéricas alcançadas por esta pesquisa.

Cavitation is a physical phenomenon present in ship propellers that has implications for corrosion potential and the level of sound emissions. The issue addressed by this research is the influence of underwater noise generated by cavitation clouds on hydrodynamic bodies and marine ecosystems, which is becoming more relevant due to the increasing size and number of vessels in the oceans. It is also recognized that, with the neglect of governmental regulatory measures and projects that do not comply with environmental protection guidelines, this problem tends to get worse. As a result, there is a high demand for policy proposals aimed at reducing noise in commercial vessels. Justified by the need to reduce the impact of human intervention on the ecosystem, this study aims to develop a numerical solution capable of estimating the physical phenomena of cavitation clouds in submerged structures. To achieve this goal, the OpenFOAM software was used for numerical simulation along with turbulence and cavitation models implemented by other authors. The RANS k-omega SST turbulence model was used, and the results from the Schnerr-Sauer cavitation model were assessed. Numerical and experimental studies in the literature for the fluid dynamics of a NACA0015 hydrofoil and a Venturi tube were used for validation. Sensitivity to grid refinement was also verified for the Venturi tube. Additionally, the results of this study suggest further investigation of these cases using more advanced tools such as the LES turbulence model and three-dimensional meshes to confirm the accuracy of the numerical simulation data obtained in this research.