Desenvolvimento de algoritmo de automação para simulações CFD em modelos parametrizados de asas de aeronaves

Abstract

Recentes e significativos avanços nos recursos computacionais e na capacidade de processamento permitiram o uso de técnicas sofisticadas, como a dinâmica dos fluidos computacional (CFD), ainda nas fases iniciais de projeto; porém, na prática da engenharia, o emprego dessas técnicas costuma se limitar a modelos paramétricos baseados em métodos empíricos. Além disso, o alto custo das ferramentas, a complexidade de modelagem e as diversas iterações necessárias podem tornar o uso do CFD, por vezes, inviável. Visando acelerar o processo inicial de modelagem e testes, bem como reduzir seu custo, apresenta-se neste trabalho uma metodologia automatizada de simulação que integra a modelagem 3D da asa de uma aeronave parametrizada a um fluxo de CFD voltado à determinação do arrasto do corpo. A geometria da asa é descrita por funções matemáticas que caracterizam suas curvas, e o modelo de simulação é construído utilizando a biblioteca de código aberto OpenFOAM. A discretização do domínio e os parâmetros de entrada da simulação e da geração de malha são ajustados iterativamente até que os critérios de qualidade e o valor de y+ estejam dentro dos limites estabelecidos. Na automação, utiliza-se o solver simpleFoam acoplado ao modelo de turbulência k-ω SST, de modo que, por meio de um código em Python, automatiza-se todo o processo de geração de malha, execução da simulação e extração dos principais resultados. O código recebe sete parâmetros de entrada: seis relacionados à definição geométrica da asa e um correspondente à velocidade do escoamento. Os resultados obtidos a partir de diferentes parâmetros de geometria e escoamento foram comparados com valores empíricos para efeito de validação. Como exemplo de aplicação, é apresentado um estudo paramétrico cuja análise de qualidade de malha foi conduzida manualmente, não sendo identificados problemas significativos na abordagem automatizada.