Numerical simulation of the control of the boundary layer over wing with NACA 0015 airfoil profile through vortex generators

TCC (graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina. Campus Joinville. Engenharia Aeroespacial.Esse trabalho utiliza uma análise numérica através de CFD (Métodos Computacionais de Dinâmica de Fluidos) para estudar a influência criada por um gerador de vórtice (VG), sobre uma asa com perfil de um aerofólio NACA 0015, quando este está localizado antes ou depois de uma bolha de recirculação, causada pelo descolamento da camada limite. Desta forma, o estudo foi realizado numericamente para análise em Re = 2,38 x 10^1 em ângulo de ataque AoA = 3 e AoA = 6, caracterizada por sofrer o descolamento da camada limite antes e depois do VG, respectivamente. A utilização do VG em AoA = 3 influenciou consideravelmente na redução da bolha de recirculação, gerando a redução do arrasto em 1.43%, e a diminuição da sustentação em 0.82%, resultando em um ganho final da razão L/D de 0.61%. Já em AoA=6 com bolha recirculação incidindo sobre o VG o efeito sobre o desempenho aerodinâmico é muito menor, não sendo observada a formação bem definida de vórtices longitudinais, mas resultando no aumento de arrasto de 0.33% e da sustentação em 0.35%, fazendo com que a razão L/D se mantenha pouco alterada. Como parâmetro de estudo sobre a influência do VG na distribuição de pressão, velocidade, desempenho e aerodinâmica, se verificou a ausência da formação da região de recirculação através da realização de uma análise numérica com aumento de Re na ordem de grandeza de 10¹ em Re = 2 x 10^6 e AoA = 3 e 6. O resultado desta análise mostrou que a influência dos vórtices longitudinais formados pelo VG modificaram a distribuição de pressão alterando assim o desempenho aerodinâmico, que resultou em AoA=3 o ganho de 1.37% na sustentação com aumento de 5.9% no arrasto, obtendo uma redução na razão L/D de 4.28%, e para AoA = 6 um ganho de 1.82% na sustentação, com aumento de 8.36% no arrasto levando a redução de L/D em 6.03%. O êxito na conclusão do trabalho foi alcançado através da análise comparativa obtida com as variações de parâmetros geométricos, na qual avaliou-se que a aproximação das superfícies do VG, melhorava a sustentação e o arrasto, bem como o aumento da inclinação relativa ao escoamento (β) e a rotação do VG em 180º, aumentava o arrasto e reduziam a sustentação.Abstract: This work uses a numerical analysis by CFD (Computational Fluid Dynamics) to study the influence created by a vortex generator (VG) on a wing whith airfoil profile NACA 0015, when it is located before or after a bubble of recirculation, caused by the detachment of the boundary layer. In this way, the study was performed numerically in the analysis Re = 2,38 x 10^5 and in AoA = 3 and AoA = 6, characterized in that suffer detachment of the boundary layer before and after VG, respectively. The use of VG in AoA = 3 considerably influenced the reduction of the recirculation bubble, generating a reduction of drag by 1.43% and a decrease in lift by 0.82%, resulting in a final L / D gain of 0.61%. Already in AoA = 6 with bubble recirculation focusing on VG effect on aerodynamic performance is much smaller and is not observed well-defined formation of longitudinal vortices, but resulting in increased drag 0.33% and support at 0.35%, making the L / D ratio remaining little changed. As a study parameter of the influence of VG distribution of pressure, speed, performance and aerodynamics, it was verified the absence of the formation of the recirculation region, through a numerical analysis with an increase of Re in 10¹ order of magnitude in Re = 2 x 10^6 for AoA = 3 and AoA = 6. The results of this analysis showed that the influence of the longitudinal vortices formed by the VG modified the pressure distribution, thus altering the aerodynamic performance, which resulted in AoA = 3 the gain of 1.37% in the lift with a 5.9% increase in drag, obtaining a reduction in L / D ratio of 4.28%, and for AoA = 6 a gain of 1.82% in lift, with an increase of 8.36% in drag leading to the reduction of L / D in 6.03%. The successful completion of the work was achieved through the comparative analysis obtained with geometric parameter variations, in which it was evaluated that the approach of the surfaces of the VG improved the lift and the drag, as well as the increase of the slope relative to the flow (β) and the rotation of the VG by 180º, increased drag and reduced lift