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Simulação CFD da resistência: cálculo avançado para melhorar a aerodinâmica

Introdução....

O impacto das plumas térmicas no exterior do edifício é difícil de prever devido às diversas variáveis que os engenheiros e arquitectos não conseguem controlar. Estas variáveis incluem a velocidade do vento, a temperatura e a humidade do ar, a direção do vento e outras actividades que rodeiam o edifício. No entanto, estes fenómenos têm um impacto no desempenho do equipamento de exterior.

A EOLIOS ajuda-o a estudar o impacto destas questões para garantir um funcionamento ótimo em todas as circunstâncias, mesmo as mais extremas.

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O que é o arrastamento

Definições

O arrastamento é uma força de resistência que se opõe ao movimento de um objeto à medida que este se desloca através de um fluido, como oar oua água.
É gerada pelainteração entre o objeto e o fluido e manifesta-se sob a forma de fricção do fluido e de forças de pressão.
O arrasto é geralmente expresso em Newtons (N) e é frequentemente quantificado através de uma quantidade designada por coeficiente de arrasto.

Autilização do coeficiente de arrasto remonta a séculos, com as primeiras observações e esforços para compreender as forças de arrasto num contexto aerodinâmico.
No entanto, foi no século XIX que cientistas como George Gabriel Stokes começaram a formalizar o conceito e a desenvolver teorias matemáticas para quantificar o arrasto. Desde então, a investigação e os progressos em matéria de arrasto desempenharam um papel essencial no desenvolvimento de domínios como aaviação, oautomóvel, a conceção de edifícios e diversas actividades desportivas.

Em suma, o arrasto é uma força de resistência encontrada quando um objeto se move através de um fluido.
O coeficiente de arrasto quantifica esta resistência.
Compreender e controlar o arrasto é, portanto, essencial para otimizar o desempenho,a eficiência e a segurança de certos objectos em movimento ou colocados num fluxo de fluido.

Campo volumétrico de vorticidade em torno de um carro de Fórmula 1 - simulação CFD por EOLIOS

Importância do coeficiente de arrasto

O coeficiente de arrasto é uma medida que quantifica a resistência do ar ou de um fluido ao movimento de um objeto. Desempenha um papel fundamental em muitos domínios, como aaviação,os automóveis, os desportos de prancha e até aarquitetura de edifícios. Compreender e controlar esta força de resistência é crucial para otimizar o desempenho ea eficiência de muitas aplicações.

Naaviação, por exemplo, a redução da resistência é uma das principais preocupações.
Ao minimizar esta resistência, os engenheiros podem aumentar a velocidade ea eficiência energética dos aviões, reduzir o consumo de combustível e melhorar a sua autonomia.
Também se registaram progressos namelhoria da sustentação dasaeronaves, que descreveremos com mais pormenor mais adiante neste artigo.
Isto conduziu a avanços significativos na conceção das asas das aeronaves, por exemplo.

Intensidade da turbulência em torno de um avião de combate - trem de aterragem aberto

Aindústria automóvel também procura minimizar este arrastamento para reduzir o consumo de energia dos automóveis e, assim, melhorar a sua autonomia.

Esta questão é ainda maisatual com oaparecimento dos veículos eléctricos.

Os desportos motorizados (como a Fórmula 1) procuram maximizar a aerodinâmica para melhorar o comportamento, a estabilidade e o desempenho dos carros de corrida.

Campo de vorticidade volumétrica em torno de dois F1s
Simulation CFD illustrant les phénomènes aérodynamiques autour d'un peloton de cyclistes, mettant en évidence les zones de traînée et les flux d'air.
Campo volumétrico de vorticidade em torno de um pelotão de ciclistas - simulação CFD por EOLIOS

Do mesmo modo, nos desportos de deslize, como o esqui alpino, o snowboard ou mesmo o ciclismo, a redução da resistência permiteatingir velocidades mais elevadas, minimizando as forças de resistência e optimizando a penetração do ar.

Isto está a levar a avanços na conceção de capacetes de ciclismo, por exemplo, bem como de outros equipamentos desportivos, para minimizar a resistência e maximizar o desempenho.

Aarquitetura dos edifícios é também influenciada pelos princípios do arrastamento.
Ao conceberem estruturas aerodinâmicas, os arquitectos podem reduzir as forças exercidas por ventos fortes e, assim, melhorar a segurança e a estabilidade das construções (estruturas como pontes, por exemplo).

O coeficiente de arrasto é, portanto, uma medida crucial em muitas áreas que envolvem a interação entreum objeto e um fluido. Compreender e controlar estas forças de arrasto é essencial para otimizar o desempenho,a eficiência e a segurança de muitas aplicações aerodinâmicas.

Cálculo do coeficiente de arrasto

Definição

A força de arrasto, D, é dada pela seguinte fórmula: D = ½ρCxSv²

Em que :

  • ρ é a densidade do fluido,
  • v é a velocidade relativa entre o objeto em estudo e o fluido,
  • S é a superfície de referência do objeto, ou seja, a projeção do objeto num plano perpendicular à direção principal do fluxo,
  • Cx é o coeficiente de arrasto (por vezes também designado por C_D).

Esta força depende, portanto, das caraterísticas do fluido (densidade), doobjeto (a sua forma e rugosidade) e da velocidade relativa entre o objeto e o fluido.

O coeficiente de arrasto Cx é uma variável que fornece uma quantificação precisa da resistência aerodinâmica de um objeto num fluido em movimento.
Obtém-se relacionando a força de arrasto experimentada pelo objeto com a pressão dinâmica e a superfície de referência correspondente: Cx = 2D/ρSv².

É de notar que o coeficiente de arrasto não é uma quantidade constante: depende das propriedades do fluido em escoamento, da forma do objeto e da rugosidade da superfície.
Mais pormenorizadamente, mostramos que o coeficiente C_D depende do número de Reynolds.

Nota: O coeficiente de elevação (ou desustentação em alguns casos) é definido da mesma forma: F_L = ½ ρ C_L S v²

Nesta fórmula :

  • ρ é a densidade do fluido,
  • v é a velocidade relativa entre o objeto em estudo e o fluido,
  • S é a superfície de referência do objeto, ou seja, a projeção do objeto num plano perpendicular à direção principal do fluxo,
  • C_L é o coeficiente de elevação(L de Lift ).
    > < Nalguns casos, isto é referido como elevação(F_L 0 ) ou força descendente(F_L 0 ).

Coeficiente de arrasto e número de Reynolds

O número de Reynolds (Re) é uma grandeza adimensional que caracteriza o regime de escoamento de um fluido.
É calculado dividindo o produto da velocidade do fluido, o comprimento caraterístico (como o diâmetro de um cilindro) e a densidade do fluido, pela sua viscosidade cinemática:

Re = ρvL/μ

Onde:

  • v é a velocidade do fluido,
  • L é o comprimento caraterístico,
  • ρ é a densidade do fluido,
  • μ é a viscosidade cinemática do fluido.

O número de Reynolds é utilizado para determinar se o fluxo é laminar(baixo Re) ou turbulento(alto Re).
O fluxo laminar corresponde a um número de Reynolds baixo, o que significa que as partículas de fluido se movem em camadas regulares e ordenadas à volta do objeto.
Por outro lado, o fluxo turbulento é caracterizado por um número de Reynolds elevado, em que as partículas de fluido se movem de forma caótica e irregular.

Mostramos que o coeficiente de arrasto depende do número de Reynolds.
Tomemos o exemplo de um objeto com uma geometria simples.

Se tomarmos o exemplo de uma esfera lisa (curva vermelha na figura abaixo), notamos inicialmente que o coeficiente de arrasto(Cx) diminui à medida que o número de Reynolds aumenta e depois estabiliza num valor mais ou menos constante.
Existe um intervalo mais estreito em números de Reynolds elevados em que o Cx desce e depois sobe novamente para atingir um valor mais ou menos constante.
Este fenómeno é conhecido como crise de arrasto e marca a transição do fluxo laminar para a turbulência.
Mais precisamente, está ligado a um posterior descolamento da camada limite na superfície do objeto.

Coeficiente de arrasto de uma esfera em função do número de Reynolds (segundo Matthieu Barreau)

Tomemos o exemplo da bola de golfe: as covinhas na superfície da bola favorecem a transição para a turbulência e permitem que a camada limite se volte a ligar.
Com um Reynolds entre 10⁴ e 10⁵, isto coloca a bola de golfe na região da crise de arrasto, como indicado pela curva, e, portanto, permite que a bola percorra distâncias maiores.

Influência da forma do corpo no arrastamento

A forma de um corpo tem uma grande influência na força de arrastamento exercida sobre ele.
Os objectos que têm uma forma aerodinâmica, como os aviões ou os carros de corrida, têm geralmente coeficientes de resistênciamais baixos.
Isto deve-se à redução da área de superfície que interage com o ar e à criação de um fluxo de ar mais suave e laminar sobre a superfície do objeto.

Por outro lado, os objectos com uma forma mais plana ou angular, como a maioria dos camiões ou edifícios, têm geralmente coeficientes de resistência mais elevados.
Estas formas criam mais turbulência e vórtices de ar, o que aumenta a resistência ao fluxo e a resistência ao arrastamento.

Aerodinâmica do veículo

Noção de camada limite

A camada limite é uma região fina perto da superfície de um objeto onde os efeitos da viscosidade do fluido se tornam significativos.
Por outras palavras, é uma zona onde a velocidade do fluido perto da superfície do objeto é reduzida devido ao atrito com a superfície.

Desempenha um papel crucial em muitos fenómenos fluidos, particularmente na transição entre o escoamento laminar e o turbulento e na formação de ondas atrás de objectos em movimento.

Diagrama do perfil da camada limite ao longo de uma placa semi-infinita colocada num campo de velocidade U paralelo à placa (de Hydrodynamics Physics 3rd edition)

O conceito de camada limite, desenvolvido por Ludwig Prandtl em 1905, necessita de ser ajustado a diferentes situações práticas, em particular na presença deescoamentos turbulentos a montante de um corpo ou na camada limite.
Estas condições conduzem a uma alteração significativa dos perfis de velocidade do escoamento, com o aparecimento de uma camada limite turbulenta.

Além disso, quando os corpos sólidos são mal perfilados, isto pode levar à separação das camadas limite, gerando um rasto turbulento a jusante do corpo.
Nestes cenários, oescoamento resultante deixa de se comportar como um fluido perfeito, levando a um aumento significativo da dissipação de energia e da força de arrasto sobre o corpo.

Asa de avião - Controlo da camada limite

A força aerodinâmica mais importante para uma asa de avião é a força de sustentação.
Esta força é gerada pelo efeito Magnus devido à circulação de velocidade à volta da asa.
Para manter a aeronave em voo, a força de sustentação(F_L ou L de Lift ) deve compensar o seu peso.
Esta força aumenta proporcionalmente ao quadrado da velocidade(v) e aumenta linearmente com oângulo de incidência(α) quando este é baixo.
Mostramos que, para uma asa de avião, a força de elevação é da ordem de :

F_L ∼ ρ b l v² sinα

Onde:

  • ρ é a densidade do fluido,
  • b é aenvergadura da asa,
  • l é a corda da asa,
  • v é a velocidade da asa no ar (e, portanto, a velocidade da aeronave),
  • α é oângulo de incidência.

Repara que, à medida que oângulo α aumenta, a sustentação também aumenta.
Este é oefeito desejado numa asa.
No entanto, quando α aumenta demasiado e atinge um valor crítico α_c, ocorre o fenómeno de perda de sustentação: a sustentação diminui drasticamente e a fórmula acima deixa de ser válida.
Por conseguinte, deve ser evitada, nomeadamente naaviação civil.

Elevação da asa em função de diferentes ângulos de incidência
Curva do coeficiente de elevação em função do ângulo de incidência

Duas abordagens comuns para melhorar o desempenho da asa são o aumento do ângulo crítico de incidência através da utilização de lâminas no bordo de ataque e o aumento do coeficiente de sustentação para um determinado ângulo de incidência através da utilização de flaps no bordo de fuga.

  • As lâminas aumentam oângulo crítico de incidência, reactivando a camada limiteda superfície superior através dainjeção de ar tangencial a partir dasuperfície inferior, o que reduz o efeito do gradiente inverso de pressão a alta incidência.

Curva do coeficiente de elevação em função do ângulo de incidência
  • Os flaps de bordo de fuga aumentam a circulação em torno do perfil da asa, resultando num aumento da sustentação em função de um determinado ângulo de incidência.
    Em aviões de grande porte, estes flaps podem ser utilizados em série para aumentar a sustentação na descolagem e naaterragem.
    Reactivam a camada limite na superfície superior e induzem um forte desvio para baixo da velocidade do fluxo, o que aumenta a sustentação e a circulação.

Veículos terrestres

Questões

No contexto dos veículos terrestres, a minimização da força de arrasto é um objetivo crucial para melhorar aeficiência energética dos veículos.
Esta força de arrasto é gerada principalmente pela diferença de pressão entrea frente e a traseira do veículo à medida que este se desloca no ar.
Ao contrário das aeronaves, em que o atrito com o ar é o principal fator que contribui para o arrasto, no caso dos veículos terrestres, como os automóveis, a pressão desempenha um papel predominante.

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Simulação CFD dos efeitos térmicos e aeraúlicos de uma indústria numa zona urbana

Uma caraterística importante dos automóveis é que a força descendente deve ser direcionada para baixo para manter uma boa aderência dos pneus à estrada.
Isto contribui para uma melhor aderência à estrada, mas também é crucial não ter uma elevação excessiva, uma vez que isso pode levar a um desgaste prematuro dos pneus e a uma fricção excessiva. Assim, encontrar o equilíbrio certo entre reduzir a resistência e manter uma elevação suficiente para garantir a segurança e a estabilidade do veículo é um desafio para os engenheiros automóveis.

Redução do arrastamento

Os esforços para reduzir a resistência aerodinâmica centram-se, em particular, na conceção de carroçarias com formas mais aerodinâmicas.
Ao longo dos anos, os fabricantes de automóveis conseguiram reduzir o coeficiente de resistência aerodinâmica(C_x ou C_D) de mais de 0,5 nos veículos mais antigos para menos de 0,3 nos veículos modernos.
Esta redução do C_D ajuda a melhorar aeficiência docombustível dos veículos, reduzindo a resistência do ar, o que se traduz num menor consumo de combustível.

No entanto, a redução do arrasto tem de ser equilibrada com outros requisitos de conceção, como ahabitabilidade do veículo.
Por exemplo, certas formas de carroçaria que podem reduzir ainda mais o arrasto podem comprometero espaço interior ou a visibilidade para os condutores, exigindo compromissos de conceção.

Grande parte da resistência aerodinâmica é gerada natraseira do veículo, onde fenómenos complexos, como a elevação da camada limite e a formação de vórtices, influenciam a resistência do ar.
Os engenheiros utilizam modelos padrão, como o corpo de Ahmed, para modelar estes fenómenos e estudar o impacto de diferentes parâmetros de conceção, como oângulo do vidro traseiro, no arrastamento.

Os estudos sobre a aerodinâmica dos veículos mostram que o arrastamento varia não monotonicamente com oângulo de inclinação.
Por exemplo, em ângulos baixos, a contribuição da recirculação transversal pode ser reduzida, enquanto o efeito dos vórtices axiais é amplificado.
Isto realça a complexidade da aerodinâmica dos veículos e a necessidade de considerar uma multiplicidade de factores na conceção para otimizar o desempenho global.

Finalmente, é crucial manter uma elevação negativa suficiente para garantir uma boa aderência à estrada, particularmente a velocidades elevadas.
Isto garante uma pressão suficiente dos pneus na estrada para uma aderência óptima.
Consequentemente, os fabricantes de automóveis têm de encontrar um equilíbrio delicado entre a redução da resistência aerodinâmica e a manutenção da estabilidade e segurança do veículo a diferentes velocidades e condições de condução.

Nos veículos de competição, como os carros de Fórmula 1, que se deslocam a velocidades de cerca de 250 km/h, são utilizados sistemas como os ailerons para melhorara força aerodinâmica descendente.
No entanto, é de notar que estes sistemas aumentam a resistência.

Controlo ativo ou passivo do arrastamento ou da elevação

As melhorias aerodinâmicas, como aadição de deflectores de tejadilho aos camiões ou a modificação da forma dos espelhos retrovisores, podem reduzir a resistência passiva, sem acrescentar energia.
No controlo ativo, a ação é ajustada em tempo real de acordo com as condições do fluxo, quer manualmente pelo piloto em circuito aberto, quer automaticamente por um computador em circuito fechado.

Por exemplo, para evitar a separação das camadas limite, o ar pode ser aspirado ou injetado perto da parede para manter um fluxo estável, embora isto exija energia adicional e raramente seja utilizado na prática.
O controlo reativo em circuito fechado, ainda em fase de investigação, envolve dispositivos como geradores de vórtices motorizados para reduzir o arrastamento, demonstrando aplicações potenciais numa variedade de domínios, em especial na aeronáutica.

Curva do coeficiente de elevação em função do ângulo de incidência

Cálculo do coeficiente de arrasto através de simulações CFD

Vantagens da simulação CFD

A utilização da dinâmica de fluidos computacional (CFD) oferece uma série de vantagens em relação aos ensaios tradicionais em túnel de vento.

Em primeiro lugar, a CFD permite a realização de simulações virtuais, evitando os custos e os atrasos associados à construção e ao funcionamento de túneis de vento físicos.
Os ensaios em túneis de vento requerem instalações especializadas, com modelos dispendiosos e equipamento de medição preciso.
A CFD, por outro lado, é efectuada em computadores, reduzindo consideravelmente os custos e o tempo.

Em segundo lugar, a CFD permite uma maior flexibilidade na conceção e nos parâmetros de estudo.
É mais fácil modificar a geometria do objeto, as condições de escoamento ou as propriedades do fluido numa simulação CFD do que num túnel de vento real.
Isto permite a realização de um maior número de cenários e a exploração de diferentes configurações, permitindo umaotimização mais eficazdo projeto.

Além disso, a CFD permite uma melhor visualização e uma análise mais pormenorizada dos resultados.
A simulação numérica permitevisualizar linhas de fluxo, áreas de turbulência, gradientes de pressão, etc., fornecendo informações detalhadas sobre o fluxo dentro e em torno do objeto em estudo.
Isto permite uma melhor compreensão dos fenómenos aerodinâmicos ea identificação de potenciais áreas de melhoria.

Por último, a CFD permiteexplorar uma gama mais vasta de condições de escoamento.
Enquanto os ensaios em túnel de vento são limitados pelas capacidades do equipamento e pelas condições do ar ambiente, o CFD pode simular condições extremas, altas velocidades, diferentes temperaturas, etc. Isto oferece uma maior flexibilidade para testar e validar o desempenho do objeto em condições reais, o que o Eolios é capaz de fazer.
Isto oferece uma maior flexibilidade para testar e validar o desempenho do objeto em condições reais, o que o Eolios é capaz de fazer.

Determinação dos coeficientes aerodinâmicos

Para determinar o coeficiente de arrasto (e o coeficiente de sustentação), quer utilizando a simulação CFD ou métodos experimentais, é necessário compreender a distribuição da pressão sobre a superfície do corpo.
As forças de cisalhamento viscoso também devem ser tidas em contaem toda a superfície do objeto em estudo.
Isto ajuda a otimizar o desempenho em termos de sustentação ouforça descendente, arrasto e estabilidade.

Integrando a distribuição de pressão sobre a superfície do objeto, podemos calcular a sua força de arrasto e o seu coeficiente de arrasto.

Graças à utilização do software CFD, o valor dos coeficientes aerodinâmicos pode ser previsto diretamente após a simulação.

A determinação dos coeficientes aerodinâmicos é uma etapa crucial na conceção eotimização de qualquer objeto sujeito a forças aerodinâmicas.
Esta informação pode ser utilizada paramelhorar o desempenho em termos de resistência, sustentação e estabilidade, sendo essencial em muitos domínios, comoa aeronáutica, aindústria automóvel e o desporto.

Simulação CFD de um carro de Fórmula 1

Contexto

A aerodinâmica desempenha um papel crucial no desempenho dos carros de Fórmula 1, onde cada milésimo de segundo conta na competição.
Um carro aerodinamicamente bem concebido pode gerar níveis elevados de downforce, melhorandoa aderência dos pneus e permitindo velocidades de curva mais elevadas.
Além disso, a redução da resistência aerodinâmica permite que o carro atinja velocidades máximas mais elevadas nas rectas, melhorando o desempenho geral.

Neste contexto, a simulação CFD tornou-se uma ferramenta indispensável para as equipas de Fórmula 1.
A CFD permite aos engenheiros modelar numericamente o comportamento do fluxo de ar à volta do carro, tendo em conta parâmetros como a velocidade, a pressão e a turbulência.
Esta modelação precisa e detalhada fornece informações cruciais sobre a forma como as diferentes configurações aerodinâmicas afectam o desempenho do automóvel.
Em particular, a simulação fornece valores precisos para os coeficientes aerodinâmicos e as forças que actuam sobre o automóvel.

Neste contexto, a Eolios efectuou simulações num carro de Fórmula 1 para determinar os valores destes coeficientes aerodinâmicos e evidenciar os fenómenos responsáveis pelas diferentes forças aplicadas ao carro.

Campo de velocidade

Plano vertical da velocidade do ar em torno da Fórmula 1
Plano horizontal da velocidade do ar em torno da Fórmula 1

Nas figuras acima, aprincipal observação é que a presença do carro perturba significativamente o campo de velocidade circundante.
Esta perturbação é particularmente notória natraseira do automóvel, onde o campo de velocidades é descrito como“altamente perturbado e desordenado“, caraterísticas típicas de um escoamento turbulento.

O fluxo turbulento é caracterizado pela sua irregularidade e complexidade, resultando da formação de vórtices, flutuações de pressão e movimentos caóticos de partículas fluidas.
No contexto dos veículos em movimento, o fluxo turbulento pode ser gerado pela separação da camada limite em torno da carroçaria, por ondas de fluxo devidas aos contornos do veículo, bem como por interações com o ar circundante.

Estas caraterísticas do escoamento turbulento podem ter uma série de implicações, incluindo o aumento da resistência aerodinâmica, a redução da eficiência do combustível e o aumento da instabilidade do veículo a alta velocidade.
Compreender e modelar o escoamento turbulento é, portanto, essencial para otimizar a conceção do veículo e melhorar o seu desempenho em termos de aerodinâmica, eficiência de combustível e estabilidade.

Força de arrasto

Nas figuras seguintes, apresentamos os planos de pressão para mostrar o efeito que tem sobre o carro, por outras palavras, para destacar a força de arrasto sobre o carro de Fórmula 1.

Plano de pressão vertical em torno da Fórmula 1

Atrás do automóvel existe uma zona de baixa pressão, que é em grande parte responsável pelo arrastamento.
Atrás da fórmula, ofluxo de vórtice é prejudicial à aerodinâmica e deve-se ao facto de o ar ter dificuldade em contornar o objeto.
Esta dificuldade cria uma sobrepressão antes do carro e uma pressão negativa depois da placa.

Plano de pressão horizontal em torno da Fórmula 1

Nas corridas de F1, os pilotos aproveitam a baixa pressão na traseira do carro da frente para ultrapassar nas rectas: o carro que ultrapassa já não tem de “dividir ” o ar como o carro da frente, e a diferença de pressão entre a frente e a traseira, e portanto a resistência, é reduzida.
Dizemos que o carro tira partido da “sucção ” para ultrapassar.

O software de simulação CFD é utilizado para determinar os valores das forças aplicadas ao automóvel e os valores dos coeficientes aerodinâmicos.
Nas simulações que efectuámos, o coeficiente de arrasto é avaliado em cerca de 0,92, que é o valor padrão para um carro de Fórmula 1.
O valor da força de arrasto é: F = 1900N.
Efectuando o cálculo teórico com a seguinte fórmula:

F = ½ ρ Cx S v²

E tomando uma superfície S = 1,5 m², encontramos Fd = 2070 N, que está próximo do valor calculado pelo software durante a simulação, tendo em conta que a superfície S utilizada para calcular esta ordem de grandeza teórica não é exacta mas aproximada.

Vorticidade

A vorticidade mede a rotação de um fluido em torno de um eixo local.
Quando um objeto, como um carro, passa através de um fluido como o ar ou a água, perturba o seu fluxo.
Isto cria vórtices, onde a velocidade e a direção do fluido mudam.
Estes vórtices geram vorticidade, indicando aintensidade e a localização das rotações.

No contexto dos planos apresentados, que mostram a vorticidade, podemos observar visualmente como a presença do automóvel influencia o fluxo de fluido à sua volta.
As zonas de vorticidade elevada correspondem geralmente aos locais onde os vórtices são mais intensos, muitas vezes a jusante e para os lados do automóvel.

Plano vertical de vorticidade em torno da Fórmula 1
Plano horizontal de vorticidade em torno da Fórmula 1

Aanálise visual que realizámos utilizando estas simulações permite compreender melhor ainteração entre o carro em movimento e o fluido circundante, o que é crucial em muitas áreas, como aaerodinâmica da Fórmula 1.

Campo volumétrico de vorticidade em torno da fórmula 1

O efeito de "sucção": simulação de um carro de Fórmula 1 em modo de ultrapassagem

Outra simulação visa estimar a força de arrasto de um carro de corrida quando é sugado pelo veículo da frente, imediatamente antes de o ultrapassar.
A configuração examinada é mostrada na imagem abaixo.

Campo volumétrico de vorticidade em torno de duas fórmulas 1

Quando um carro de Fórmula 1 ultrapassa outro, as forças aerodinâmicas que actuam em cada carro são grandemente influenciadas pelas suas posições relativas.
O carro que está a ultrapassar beneficia de uma redução significativa da resistência do ar, uma vez que beneficia doefeito de sucção gerado pelo carro que está a tentar ultrapassar.
Esta redução da resistência, frequentemente medida por uma redução do coeficiente de resistência aerodinâmica, permite que o automóvel ganhe velocidade,exigindo menos potência para manter essa aceleração.

Campo volumétrico de vorticidade em torno de duas fórmulas 1

Além disso, o carro que está a ser ultrapassado sofre um aumento do coeficiente de resistência aerodinâmica devido à perturbação do fluxo de ar causada pela proximidade do carro que vem atrás.
Estes fenómenos mostram até que ponto a dinâmica da corrida está intimamente ligada às interações aerodinâmicas entre veículos e sublinham aimportância crucial do posicionamento e da gestão da resistência aerodinâmica na estratégia global de ultrapassagem da Fórmula 1.

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Balanço

As forças aerodinâmicas, em particular o arrastamento, desempenham um papel crucial em muitas áreas, desdea aeronáutica eos automóveis até ao desporto e aos edifícios.
Compreender e minimizar estas forças pode melhorar aeficiência, a segurança e a durabilidade dos veículos e das estruturas.
A simulação da Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD) está a emergir como uma ferramenta essencial, oferecendo uma abordagem muito mais acessível e económica do que os ensaios em túnel de vento.

Permite uma análise detalhada dos fenómenos aerodinâmicos, abrindo caminho a melhores designs e a uma inovação mais rápida numa série de sectores.

Ficheiros técnicos: sobre o mesmo assunto