Desenvolvimento, construção e instrumentação da secção de ensaios de um túnel de vento

• Main Author: Alves, Gerson Firmino
• Publication Date: 2022
• Format: Master thesis
• Language: por
• Source: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
• Download full: http://hdl.handle.net/10400.8/7275
• topic: Túnel de vento; Coeficientes aerodinâmicos; Instrumentação

Um túnel de vento é um equipamento que revela alta importância para o estudo da aerodinâmica de qualquer modelo de teste, desde veículos de transporte, passando por edifícios até qualquer objeto para o qual se pretenda determinar o resultado da interação do fluido em escoamento com esse mesmo objeto. Em muitos casos, nomeadamente devido à alta complexidade da geometria dos objetos em estudo e da viscosidade dos fluidos é difícil, ou mesmo impossível, determinar analiticamente o campo de velocidades e pressões que conduziriam ao cálculo final do resultado da referida interação. Estes resultados implicariam obter soluções para as equações diferenciais de Navier-Stokes. No passado recente, a abordagem numérica, para calcular, em tempo útil, soluções aproximadas destas equações, teve grandes evoluções, principalmente devido ao aumento da capacidade computacional, mas também devido à evolução dos próprios métodos numéricos. Não obstante, a validação destes resultados requer ensaios experimentais. Também neste contexto, através da produção de um escoamento controlado no interior de um túnel de vento conseguem-se obter as componentes das forças e momentos que resultam da interação do fluido com o modelo em estudo, nomeadamente através da instrumentação aplicada na secção de ensaios dos túneis para este efeito. O presente trabalho teve como objetivos principais a conclusão da construção de um túnel de vento de circuito fechado, previamente construído no laboratório de Mecânica de Fluidos da Escola Superior de Tecnologia e Gestão do Politécnico de Leiria, e a construção e instrumentação, com aquisição automática dos respetivos dados da sua secção de ensaios. O túnel de vento existente foi desmontado e remontado, tendo em vista a colocação de uma estrutura interna tipo favo de abelha e telas, para laminarização e redução da turbulência do escoamento antes da secção de ensaios, respetivamente. Após a construção da secção de ensaios, selecionaram-se e inseriram-se nos locais próprios, vários sensores, entre eles, o sensor de fio quente responsável pela aquisição e controlo automático da velocidade de escoamento, e uma balança, construída a partir de duas células de carga dispostas em diferentes eixos, para a medição da força de arrasto e sustentação no objeto em estudo. Para a aquisição e tratamento automático dos dados provenientes dos respetivos sensores, elaborou-se um programa informático de interface com o utilizador que permite o controlo do funcionamento do ventilador e a visualização dos dados medidos para as respetivas condições de ensaio em tempo real. A secção de ensaios construída tem um comprimento de 1 m e uma secção transversal quadrangular de 0,5 m x 0,5 m que, considerando o efeito de bloqueio inferior a 5 %, esta proporciona testar modelos com uma área de secção transversal até 0,0125 m2. O ventilador axial atualmente instalado no túnel permite atingir velocidades máximas do escoamento de 13,6 m/s (aproximadamente 50 km/h) na secção de ensaios. Inseriu-se um sistema de medição com células de carga em diferentes eixos, para a obtenção dos valores de força de arrasto e sustentação/downforce. A determinação da fiabilidade do mesmo, alcançou-se mediante a realização de testes a simples formas, um cubo e semiesfera. Finalmente, compararam-se os valores teóricos/tabelados disponíveis na bibliografia com os ensaios experimentais. Adquiriram-se resultados bastante positivos, com erros relativos abaixo de 4 % e 10 %, para o cubo e a semiesfera, respetivamente.