Validação de modelos numéricos de turbulência no OpenFOAM para o aerofólio NACA 4412 com base em dados de ensaio em túnel de vento

Abstract

Este trabalho apresenta a validação de modelos de turbulência RANS implementados no OpenFOAM para o aerofólio NACA 4412, com base em dados experimentais obtidos em túnel de vento e em simulações de referência do software CFL3D. O problema estudado envolve a necessidade de avaliar a acurácia de modelos numéricos em escoamentos turbulentos ao redor de aerofólios operando em altos ângulos de ataque, em condições de separação do escoamento na região do extradorso, próximo ao bordo de fuga. A justificativa baseia-se na importância de ferramentas confiáveis e acessíveis para a análise aerodinâmica, que permitam a redução de custos experimentais. Os objetivos abrangem a caracterização de variáveis, como coeficientes de pressão, sustentação, arrasto, energia cinética turbulenta e perfis de velocidade, além de comparar os resultados obtidos por diferentes modelos de turbulência, como k-epsilon, k-omega SST e Spalart-Allmaras. A metodologia utilizou uma malha computacional estruturada, condições iniciais e de contorno baseadas no experimento e configurações específicas para cada modelo. Os resultados indicaram que os modelos de turbulência do OpenFOAM conseguem reproduzir fenômenos aerodinâmicos com boa concordância em relação aos dados experimentais, destacando sua aplicabilidade como ferramenta para estudos na engenharia aeronáutica.

This study presents the validation of RANS turbulence models implemented in OpenFOAM for the NACA 4412 airfoil, based on experimental data obtained from wind tunnel tests and reference simulations using the CFL3D software. The investigated problem involves the need to assess the accuracy of numerical models in turbulent flows around airfoils operating at high angles of attack, under flow separation conditions in the suction side region near the trailing edge. The justification is based on the importance of reliable and accessible tools for aerodynamic analysis that allow for the reduction of experimental costs. The objectives include the characterization of variables such as pressure coefficients, lift, drag, turbulent kinetic energy, and velocity profiles, as well as the comparison of results obtained using different turbulence models, such as k-epsilon, k-omega SST, and Spalart-Allmaras. The methodology employed a structured computational mesh, initial and boundary conditions based on the experiment, and specific configurations for each model. The results indicated that OpenFOAM’s turbulence models are capable of reproducing aerodynamic phenomena with good agreement relative to experimental data, highlighting its applicability as a tool for studies in aerospace engineering.