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Abstract:
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Embora existam diversos aspectos que influenciem o projeto de um navio, a performance do sistema propulsivo é, sem dúvidas, uma das variáveis mais importantes quando se trata da eficiência operacional da embarcação. Entre as várias etapas do processo de seleção de hélice do navio, a estimativa do coeficiente de esteira é de suma importância para que os engenheiros navais consigam realizar a escolha correta do propulsor e otimizar sua eficiência. No entanto, em muitos casos, equações empíricas que permitam a estimativa desse coeficiente não estão disponíveis na literatura, ou as séries existentes não contemplam as características geométricas e de operação do navio projetado, cenário comum no caso de embarcações militares com três propulsores. Dessa forma, a dinâmica dos fluidos computacional apresenta-se como uma ferramenta para estimativa do coeficiente de esteira, pois apresenta mais flexibilidade em relação as características do casco. Assim, tem-se como objetivo com este trabalho apresentar a utilização de uma simulação CFD para determinação do coeficiente de esteira de um navio patrulha fluvial da Marinha do Brasil (NAPA), de regime deslocante. Para o estudo, um modelo do navio patrulha de coeficiente de bloco 0.75 será utilizado, onde, a partir da definição de planos paralelos ao propulsor, discretizados da popa até a quilha, serão coletadas as velocidades ortogonais ao hélice, visando a determinação de uma velocidade de avanço média. Para simulação numérica, o programa utilizado foi o OpenFoam, que contém diversos módulos para solução de problemas de mecânica dos fluidos. Para este estudo, utilizou-se o módulo SimpleFoam, indicado para solução de escoamentos monofásicos, incompressíveis, viscosos, turbulentos e isotérmicos, que utiliza o algoritmo SIMPLE (Semi-implicit method for pressure linked equations) para o acoplamento pressão-velocidade. A modelagem da turbulência foi realizada com o método RANS (Reynolds Average Navier-Stokes) e o modelo k-ω SST com utilização de funções parede na região logarítimica para resolução da camada-limite. Para o estudo do perfil de velocidades e determinação do coeficiente de esteira, a velocidade do modelo foi setada em 1.88 m/s, correspondente a um regime de operação de Froude 0.30. O processo de validação dos resultados foi obtido com a simulação de três diferentes velocidades, correspondentes a números de Froude 0.20; 0.25; e 0.30, seguida da comparação do coeficiente de arrasto friccional de acordo com a equação proposta pela International Towing Tank Conference (ITTC), 1957. Os resultados possibilitaram a estimativa do coeficiente de esteira e a constatação de que alguns dos modelos empíricos existentes diferem significativamente entre si e do resultado numérico encontrado, enquanto algumas equações mostraram-se bastante próximas do resultado gerado pela simulação. |
