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A evolução hidrodinâmica dos AUV’s - Coeficiente de arrasto

Atualizado: 12 de mai.

Coeficiente de Arrasto


A Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) é uma das linhas de pesquisa da mecânica dos fluidos, que estuda a dinâmica do escoamento dos mesmos em ambientes naturais ou modificados. Além disso, ela é capaz de representar diversas características presentes no meio em que há o escoamento do fluido (seja ele gasoso ou líquido), tais como a velocidade, propagação da onda do fluido, profundidade, pressão, vazão, coluna d’água, entre outros.


A simulação CFD parte de equações majoritariamente fenomenológicas e diferenciais que, caso seja feita uma integração numérica de tais equações, é possível predizer características e parâmetros locais do escoamento. Com isso, o software de CFD demonstra o comportamento de tais funções em forma 3D ou 2D, apontando onde possam estar ocorrendo eventuais desequilíbrios que ocasionam perdas, para que possam ser solucionados e atenderem, assim, todos os padrões de segurança e integridade estrutural.


As simulações, geralmente, são executadas em softwares como Ansys Fluent, Ansys CFX, CFD Autodesk, Openfoam, CFD ++(solver), Tecplot (visualizador). Tais softwares se diferem pelo método de integrar a equação numérica, fazendo com que a escolha do programa a ser utilizado seja feita a partir da escolha do projeto e da capacidade computacional.


A sua eficiência em mostrar resultados próximos a realidade é tão boa que é aplicada a uma ampla variedade de linhas de pesquisa, de engenharia e de indústria, incluindo desenvolvimento de processos químicos, aerodinâmica, aeroespacial, simulações de climas envolvendo engenharia ambiental e ciências naturais, transferência de calor, análise de motores e combustão.


Na Nautilus, tal ferramenta é utilizada para simular várias situações reais do comportamento do fluido que se encontra dentro e fora do AUV. Algumas de nossas simulações são a análise do veículo em alta profundidade, a vorticidade gerada, o estudo de cavitações formadas nos hélices, se há estanqueidade e o coeficiente de arrasto. Essas simulações nos ajudam a definir os materiais, o formato e o tamanho dos nossos projetos.


Uma das simulações que é importante na análise hidrodinâmica de nossos veículos é a simulação do coeficiente de arrasto, que é um valor adimensional utilizado para definir como é dado o atrito entre um objeto e um fluido, que, no nosso caso, é a resistência dos nossos AUVs em meio à água.


O coeficiente de arrasto é definido pela junção de dois contribuidores básicos do arrasto fluidodinâmico que é a fricção de superfície, que é a interação entre o fluido e a superfície do objeto, e o arrasto de forma que é decorrente do formato do objeto a ser analisado, mostrando que quanto maior o formato do objeto maior será o arrasto sofrido pelos mesmos.


Figura 1: Coeficiente de arrasto em um fluido com Re igual a 10^4.

Essa simulação nos ajuda a visualizar a evolução de projeto dos nossos AUV’s ao longo dos anos. Nas imagens apresentadas a seguir vemos a simulação do coeficiente de arrasto dos nossos dois últimos projetos, o BRhue e a Lua, ambos situados em ambientes com características iguais (velocidade, viscosidade, material, tamanho da malha). Porém, por um tamanho e formato diferente apresentam um coeficiente de arrasto diferente, 1,25 do BRhue contra 1,005 do Lua, mostrando assim a evolução do formato e da disposição dos componentes presentes no AUV.



Figura 3 e 4: linhas de corrente representando o fluido se movendo no BR Hue e na Lua, respectivamente



Escrito por: Luana Lima

















































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