Dissertação

{pt_PT=Desafios Aerodinâmicos de um Comboio Ligeiro de Alta-velocidade: Simulação numérica do escoamento } {} EVALUATED

{pt=O aumento das velocidades ferroviárias suscita preocupações no que diz respeito à aerodinâmica de comboios, não só devido à poupança de energia, mas também em virtude do seu papel na estabilidade em operação, conforto dos passageiros e impactos ambientais. Deste modo, este estudo visa caracterizar e melhorar o desempenho aerodinâmico de um comboio ligeiro de alta-velocidade. Simulações numéricas do escoamento em torno do comboio foram realizadas com o Star-CCM +, sugerindo um coeficiente de resistência menor do que o habitual, o que é uma consequência da forma altamente fuselada do veículo. Existem, no entanto, separações tridimensionais da camada de limite que originam vórtices longitudinais ao longo da fuselagem do comboio, conduzindo a aumentos na resistência, no ruído e nas instabilidades. A fim de atrasar ou mesmo eliminar separações tridimensionais, foi redesenhada por completo a secção traseira, tendo-se construído seis fuselagens diferentes. Através do aumento do comprimento da fuselagem, da introdução de um difusor no fundo do comboio e da colocação de uma cavidade na extremidade da secção traseira, foram conseguidas reduções no coeficiente de resistência de 26%, a um ângulo de guinada nulo. No entanto, modificar a geometria não é o suficiente para reduzir a tridimensionalidade do escoamento a ângulos de guinada não-nulos. Por isso, foram implementados mecanismos de controlo aerodinâmico ativo na superfície superior da secção traseira, combinando sucção e sopro. Estas alterações resultaram na redução da tridimensionalidade do escoamento, diminuindo também a resistência, o carregamento lateral e o consumo de energia relativamente à configuração original do veículo. , en=The increasing railway velocities raise concerns regarding the aerodynamics of trains, not only due to energy savings but also because of its role in running stability, passenger comfort, and environmental impacts. Thereby, this study aims both to characterize and improve the aerodynamic performance of a lightweight high-speed train. Numerical simulations of the flow around the train were performed with Star-CCM+, suggesting a drag coefficient lower than usual, which is a consequence of the vehicle’s highly streamlined shape. There are, however, three-dimensional boundary layer separations that originate longitudinal vortices along the train’s fuselage, leading to increases in drag, noise and instabilities. In order to delay or even remove three-dimensional separations, a complete redesign of the train’s rear section was performed, resulting in six different fuselages. By increasing the length of the fuselage and introducing a diffuser at its bottom as well as placing a cavity on the edge of the rear section, drag coefficient reductions around 26% were achieved, at a zero-yaw angle. Nevertheless, changing the geometry was not enough to reduce the three-dimensionality of the flow at non-zero yaw angles. Thus, active flow mechanisms, combining suction and blowing, were placed at the top surface of the rear section. Besides reducing the three-dimensionality of the flow, the modifications decreased the drag and lateral forces also lowering the energy consumption comparing to the original vehicle. }
{pt=aerodinâmica, comboio, alta-velocidade, ligeiro, controlo do escoamento, en=aerodynamics, train, high-speed, lightweight, flow control}

Junho 14, 2019, 18:0

Orientação

ORIENTADOR

José Maria Campos da Silva André

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar