https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/115612 2026-04-30T08:26:54Z 2026-04-30T08:26:54Z Pereira do Carmo, Thomas https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/270896 2025-12-11T13:41:13Z 2025-11-28T00:00:00Z

Analysis of channel flow with a square obstacle using LBM: investigation of secondary frequencies in the wake at critical Reynolds regimes Pereira do Carmo, Thomas O Método de Lattice Boltzmann (LBM) tem se destacado como uma ferramenta computacional eficiente para simulações em mecânica dos fluidos, especialmente em meios porosos e escoamentos imiscíveis. Entretanto, sua aplicação em escoamentos aerodinâmicos não alcançou o mesmo nível de sucesso observado nas áreas mencionadas. Isso ocorre devido a vários fatores, incluindo instabilidades numéricas em altos números de Reynolds, a ausência de modelagem de turbulência na formulação clássica do LBM e o uso intrínseco de malhas regulares e uniformes, que dificulta a representação de superfícies curvas. Além disso, estudos recentes comparando o LBM com o método de volumes finitos apontaram discrepâncias na formação de vórtices ao redor de cilindros quadrados, mesmo em condições laminares, nas quais métodos tradicionais revelam mais de uma frequência característica. Esse problema é particularmente relevante, pois não se enquadra teoricamente nos desafios comumente reconhecidos do método. Nesse contexto, o presente trabalho investiga os fatores que influenciam a precisão do LBM na simulação de escoamentos ao redor de cilindros quadrados em baixos números de Reynolds, com foco na formação e desprendimento de vórtices. Para isso, foi desenvolvida uma implementação computacional do LBM utilizando o conjunto de velocidades D2Q9. Diferentes tratamentos de condições de contorno foram avaliados para as regiões de entrada e saída do domínio, incluindo o esquema clássico proposto por Zou e He (1997), bem como abordagens alternativas, como condições convectivas, de extrapolação e de gradiente nulo. Diferentes formulações do operador de colisão também foram consideradas. Os resultados foram validados por meio de comparações com dados experimentais e simulações utilizando métodos como o Método de Volumes Finitos (FVM) e o Discrete Unified Gas Kinetic Scheme (DUGKS). A análise espectral do coeficiente de sustentação e o cálculo do número de Strouhal permitiram identificar as frequências associadas aos modos primário e secundário de vórtices. Esses achados fornecem insights importantes sobre as limitações do LBM na captura da formação e desprendimento de vórtices, especialmente em regimes transitórios, e destacam a influência das condições de contorno adotadas nesse tipo de problema.; The Lattice Boltzmann Method (LBM) has emerged as an efficient computational tool for simulations in fluid mechanics, especially in porous media and immiscible flows. However, its application to aerodynamic flows has not achieved the same level of success observed in the aforementioned areas. This is due to several factors, including: numerical instabilities at high Reynolds numbers, the lack of turbulence modeling in the classical LBM formulation, and the intrinsic use of regular and uniform grids, which hinders the representation of curved surfaces. Additionally, recent studies comparing LBM with the finite volume method have pointed out discrepancies in vortex formation around square cylinders, even under laminar conditions, where traditional methods reveal more than one characteristic frequency. This issue is particularly relevant, as it does not theoretically fall within the commonly recognized challenges associated with the method. In this context, the present work investigates the factors that influence the accuracy of LBM in simulating flows around square cylinders at low Reynolds numbers, focusing on vortex formation and shedding. For this purpose, a computational implementation of the LBM using the D2Q9 velocity set was developed. Different boundary condition treatments were evaluated for the inlet and outlet regions of the domain, including the classical scheme proposed by Zou and He (1997), as well as alternative approaches such as convective, extrapolation, and zero-gradient conditions. Different formulations of the collision operator were also considered. The results were validated through comparisons with experimental data and simulations using methods such as the Finite Volume Method (FVM) and the Discrete Unified Gas Kinetic Scheme (DUGKS). Spectral analysis of the lift coefficient and the calculation of the Strouhal number made it possible to identify the frequencies associated with the primary and secondary vortex modes. These findings provide important insights into the limitations of LBM in capturing vortex formation and shedding, especially in transitional regimes, and highlight the influence of the adopted boundary conditions on this type of problem. TCC (graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina, Campus Joinville, Engenharia Aeroespacial.

2025-11-28T00:00:00Z Dallabrida, Pedro Corrêa https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/270834 2025-12-10T21:38:07Z 2025-12-04T00:00:00Z

Previsão de ruído de jato instalado utilizando métodos semianalíticos baseados na teoria de Amiet Dallabrida, Pedro Corrêa O ruído aeronáutico constitui um desafio importante na engenharia aeroespacial, afetando tanto o conforto dos passageiros quanto a qualidade de vida das comunidades localizadas nas proximidades de aeroportos. A adoção de motores turbofan modernos, que apresentam grandes diâmetros de entrada, reduz a distância entre o motor e a asa e, consequentemente, intensifica a interação acústica entre o jato e o bordo de fuga. Essa configuração torna ainda mais relevante a previsão do ruído associado a esse mecanismo. Nesse contexto, métodos semianalíticos para a previsão do espectro de ruído originado da interação entre jato e asa tornam-se valiosos nas fases iniciais de projeto, pois permitem estimativas rápidas de baixo custo computacional. Neste trabalho, aplicam-se duas abordagens distintas, teoria de Amiet e o modelo de Vera et al., para prever o ruído gerado pela interação entre jato e placa. Dois cenários são analisados: um sem deflexão de flape e outro com deflexão. Em ambas as teorias, o espectro de pressão à montante da placa é a principal entrada do modelo. Para obtê-lo, utilizam-se dados de pressão provenientes de simulações CFD baseadas no método de Lattice Boltzmann. Além disso, também é feita a previsão a partir dos dados de pressão associados aos modos SPOD da placa plana. No caso sem deflexão, são avaliadas distâncias entre placa e jato de R/D = 0,6; 0,8 e 1,0 para número de Mach M = 0,4. Para o caso com deflexão, as simulações foram realizadas para M = 0,5 e M = 0,7, com ângulos de flape α = 7°, 15° e 30°. Os resultados obtidos são comparados entre si e com as previsões acústicas provenientes das simulações CFD por meio de superfícies de Ffowcs Williams–Hawkings. De modo geral, as previsões para o caso da placa plana apresentam boa concordância com os resultados numéricos, indicando que os modelos capturam de forma satisfatória os mecanismos acústicos dominantes. Já para o caso com deflexão de flape, observa-se maior desvio, evidenciando a complexidade adicional contida no fenômeno físico simulado.; Aeronautical noise is a significant challenge in aerospace engineering, affecting both passenger comfort and the quality of life of communities located near airports. The adoption of modern turbofan engines, which feature large inlet diameters, reduces the distance between the engine and the wing and, consequently, intensifies the acoustic interaction between the jet and the trailing edge. This configuration makes accurate prediction of the noise associated with this mechanism even more relevant. In this context, semi-analytical methods for predicting the noise spectrum generated by jet–wing interaction become valuable during early design stages, as they enable fast estimates at low computational cost. In this work, two distinct approaches are applied, Amiet's theory and the model of Vera et al., to predict the noise generated by the interaction between a jet and a flat plate. Two scenarios are analyzed: one without flap deflection and another with flap deflection. In both theories, the upstream pressure spectrum of the plate is the main input to the model. To obtain it, pressure data from CFD simulations based on the Lattice Boltzmann method are used. Additionally, noise prediction is also performed using the pressure data associated with the SPOD modes of the flat plate. In the case without deflection, plate–jet distances of R/D = 0,6, 0,8, and 1,0 are evaluated for Mach number M = 0,4. For the case with deflection, simulations were carried out for M = 0,5 and M = 0,7, with flap angles of \alpha = 7°, 15°, and 30°. The results obtained are compared with each other and with the acoustic predictions from the CFD simulations using Ffowcs Williams–Hawkings surfaces. Overall, the predictions for the flat-plate case show good agreement with the numerical results, indicating that the models satisfactorily capture the dominant acoustic mechanisms. For the case with flap deflection, however, larger discrepancies are observed, highlighting the additional complexity inherent to the physical phenomenon being simulated. TCC (graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina, Campus Joinville, Engenharia Aeroespacial.

2025-12-04T00:00:00Z Brendler, Ana Júlia Mantovani https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/270833 2025-12-10T21:36:23Z 2025-11-28T00:00:00Z

MATERIAIS ABSORVEDORES DE RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA: UMA REVISÃO BIBLIOGRÁFICA SISTEMÁTICA Brendler, Ana Júlia Mantovani A Engenharia Aeroespacial, Aeronáutica e o setor de Defesa demandam materiais com desempenho eletromagnético avançado para reduzir detectabilidade e aumentar a furtividade, contexto no qual os Materiais Absorvedores de Radiação Eletromagné tica (MARE) se destacam como solução estratégica. Entretanto, observa-se no Brasil uma lacuna na organização do conhecimento e no mapeamento de tendências tecno lógicas, o que motivou a realização de uma Revisão Bibliográfica Sistemática (RBS) para identificar centros de pesquisa, classes de materiais e direções emergentes en tre 2021 e 2026. A triagem seguiu três filtros: o Filtro 1 avaliou aderência temática e apresentação de métricas eletromagnéticas relevantes; o Filtro 2 examinou coerência metodológica, mecanismos de absorção e caracterização dos materiais; e o Filtro 3 analisou profundidade técnico-científica, rotas de processamento, dados quantitativos e aplicabilidade prática às áreas aeroespacial e de defesa. Ao final do processo, 21 artigos foram aprovados e constituíram o núcleo da análise, revelando forte predo minância de compósitos poliméricos baseados em PVDF e nanocarbonos, estruturas multicamadas e sistemas híbridos dielétrico–magnéticos, além de destacarem lacu nas relevantes como a falta de padronização de ensaios, limitações de infraestrutura e baixa integração nacional entre grupos de pesquisa. Identificou-se, ainda, a ausência de estudos sobre filmes finos metálicos entre os artigos analisados, apesar da cres cente relevância dessa linha de pesquisa e de seu desenvolvimento na UFSC/CTJ. Assim, o estudo sistematiza o panorama recente de MARE no Brasil, estabelece crité rios de avaliação e apoia decisões de P&D voltadas ao fortalecimento tecnológico nos setores aeroespacial, aeronáutico e de defesa. TCC (graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina, Campus Joinville, Engenharia Aeroespacial.

2025-11-28T00:00:00Z