Topology optimization of the superficial painting pattern on model-scale propellers applied for hydrodynamic performance (2019)
- Authors:
- Autor USP: KATSUNO, EDUARDO TADASHI - EP
- Unidade: EP
- Sigla do Departamento: PMR
- Subjects: EMBARCAÇÕES; CASCOS; ATRITO; HIDRODINÂMICA
- Language: Inglês
- Abstract: Nas últimas décadas, pesquisas foram realizadas na investigação dos efeitos de pinturas no desempenho de embarcações navais. Parte considerável das pesquisas disponíveis ao público foca em tintas que reduzem a incrustação e o atrito dos cascos dessas embarcações, tais como tintas hidrofóbicas. No entanto, pesquisas aplicadas aos hélices são escassas. Revestir a superfície da pá de um propulsor com tinta com comportamento hidrofóbico altera o arrasto de fricção e consequentemente o torque requerido pelo hélice. Cobrir totalmente uma pá pode afetar negativamente o escoamento em determinadas regiões, reduzindo o desempenho da hélice ou induzindo a cavitação. Este projeto estuda o padrão de distribuição de tinta de aplicação de superfície super-hidrofóbica (SHS) em hélices em escala modelo usando o método de otimização topológica para determinar regiões onde sua aplicação na superfície melhora o desempenho do hélice. As simulações dos hélices foram realizadas com modelos de turbulência, usando as equações de Reynolds-Averaged Navier-Stokes. O método numérico é desenvolvido para modelar o comportamento da camada limite com condições de contorno que impõem o efeito de baixa fricção / hidrofobia para estimar o desempenho de um hélice. Para obter as sensibilidades de otimização topológica, estudase o método adjunto discreto das equações de Navier-Stokes com o modelo hidrofóbico baseado no comprimento do escorregamento. A implementação numérica é feita usando o Star-CCM + como software de fluidodinâmica computacional (CFD), baseado no método dos volumes finitos (MVF), como solver do problema primal e do adjunto, e o otimizador de ponto-interior (IPOPT). É deduzida a derivação do problema adjunto discreto aplicado ao modelo de super-hidrofobia. A aplicação da otimizaçãotopológica aplicado à distribuição hidrofóbica em casos bidimensionais é demonstrada (usando casos de escoamento interno e externo) e para um caso tridimensional (hélice). Apesar de o comportamento do SHS ser simplificado com a adoção do modelo de comprimento de escorregamento, os resultados obtidos mostram que as regiões a serem priorizadas para reduzir a energia dissipada nem sempre são intuitivas. Além disso, dependendo das condições de operação, uma pá totalmente SHS pode não ser a melhor opção. A nova aplicação da otimização topológica de fluidos pode ser estendida para outras aplicações, como problemas de projetos de superfície.
- Imprenta:
- Data da defesa: 07.10.2019
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ABNT
KATSUNO, Eduardo Tadashi. Topology optimization of the superficial painting pattern on model-scale propellers applied for hydrodynamic performance. 2019. Dissertação (Mestrado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2019. Disponível em: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-06012020-122009/. Acesso em: 02 jan. 2026. -
APA
Katsuno, E. T. (2019). Topology optimization of the superficial painting pattern on model-scale propellers applied for hydrodynamic performance (Dissertação (Mestrado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-06012020-122009/ -
NLM
Katsuno ET. Topology optimization of the superficial painting pattern on model-scale propellers applied for hydrodynamic performance [Internet]. 2019 ;[citado 2026 jan. 02 ] Available from: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-06012020-122009/ -
Vancouver
Katsuno ET. Topology optimization of the superficial painting pattern on model-scale propellers applied for hydrodynamic performance [Internet]. 2019 ;[citado 2026 jan. 02 ] Available from: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-06012020-122009/
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