Estudo do escoamento no duto de admissão de um veículo de Fórmula SAE.

• Main Author: Ivan Sanches Provase
• Other Authors: Marcos de Mattos Pimenta
• Language: Portuguese
• Published: Universidade de São Paulo 2015
• Subjects: Escoamento (Modelos); Perda de carga; Termodinâmica; Turbulência; Flow (model); Loss of pressure; Thermodynamics; Turbulence
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3150/tde-11092015-151706/

Motivado pela ocorrência de instabilidade do motor do veículo de Fórmula SAE da equipe Poli Racing da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo quando operando em altas rotações, o escoamento no conduto de admissão, mais especificamente no último conduto antes do flange do motor, conhecido como runner, foi então analisado. A suspeita de que o descolamento do escoamento da parede na região interna da curvatura fosse a causa da instabilidade do motor foi então estudada de duas maneiras: um estudo numérico e outro experimental. O estudo numérico se inicia pela caracterização do escoamento real e desenvolvimento de hipóteses simplificadores e considerações sobre os pontos mais relevantes do escoamento. Em seguida, uma malha de elementos é construída no computador com auxílio de um programa de CFD. Ressalta-se que sua geometria reproduz a geometria interna do duto de interesse (runner). Posteriormente, a mesma é simulada utilizando um modelo de duas equações (SST k-w), obtendo-se assim o perfil de pressão ao longo da região interna e externa da parede do runner.O estudo experimental se inicia pela construção do runner em prototipagem rápida, mantendo sua geometria fiel à geometria do runner utilizado no veículo de referência, adaptando a esse, tomadas de pressão ao longo da sua seção meridional. Ele é então montado em laboratório e as pressões nas diversas tomadas de pressão são então medidas para diferentes valores de vazão.Os resultados acima obtidos são então comparados com as referências bibliográficas relevantes.De maneira geral, tanto os resultados numéricos como os resultados experimentais estão de acordo com as referências bibliográficas, indicando que até valores do número de Reynolds iguais a aproximadamente 210000 (o que corresponde para as condições de temperatura e pressão do ar de admissão durante a operação do motor, a uma velocidade média no runner de cerca de 80 m/s) não ocorre descolamento na região interna da curvatura do runner. === Motivated by the occurrence of instability of the engine of the Formula SAE vehicle of the Poli Racing team from the Polytechnic School of University of São Paulo when operating at high engine speeds, the flow in the intake manifold, more specifically in the last duct before the engine flange, known as runner, became focus of deeper analysis. The suspicion that the detachment of the flow from the wall in the inner region of curvature was the cause of engine instability was studied in two approaches: a numerical study and an experimental study. The numerical study begins by characterizing the real flow and development of simplifying assumptions and considerations on the most relevant points of the flow. Then, a mesh is built into the computer with the aid of a CFD program. Its geometry is equal to the internal geometry of the studied duct (runner). Subsequently, the mesh is simulated using a two equations model (SST k-w) and a pressure profile in the inner and outer wall is calculated. The experimental study begins with the construction of the runner using rapid prototyping, keeping its geometry equal to the geometry of the runner used in the reference vehicle, but adapting to this, pressure taps along the inner and outer wall of the curvature. It is then assembled in the laboratory and the pressure in different pressure taps are measured for different flow rates.The above results are then compared with the relevant bibliographic references.In general, both the numerical results and the experimental results are in agreement with the references indicating that up to Reynolds numbers values equal to approximately 210 000 (which considering the air temperature and pressure while engine is operating, corresponds to an average speed in the runner around 80 m/s) does not occur any detachment in the inner region of curvature of the runner.