Desenvolvimento de Ferramenta para Automação de Simulações CFD de Cascos de Submarinos

Significativos avanços nos recursos computacionais permitiram o uso de técnicas sofisticadas como o CFD em conjunto com métodos de otimização ainda nas fases iniciais de projeto. Porém, na engenharia naval, as técnicas de otimização costumam se limitar a modelos paramétricos baseados em métodos empíricos. Além disso, o alto custo das ferramentas, a dificuldade de modelagem e as diversas iterações necessárias, tornam o uso do CFD, por vezes, inviável. Este artigo apresenta uma metodologia de projeto que integra a modelagem do casco de um submarino em um modelo de otimização que utiliza CFD para determinar o arrasto da embarcação. A geometria do casco é descrita por funções matemáticas que caracterizam as principais curvas, sendo que o modelo CFD é construído utilizando a biblioteca Open-Source OpenFOAM. A discretização do domínio, os parâmetros de entrada da simulação e da geração de malha são ajustados iterativamente até que os critérios de qualidade e o valor de y+ estejam dentro dos limites estabelecidos. A simulação do escoamento ocorre em um domínio totalmente submerso, e utiliza o solver simpleFoam acoplado ao modelo de turbulência k-omega SST.  Um código em Python é capaz de automatizar todo o processo de parametrização e análise da simulação, obtendo o arrasto do casco tendo como entrada apenas os parâmetros: comprimento total, diâmetro, comprimento do corpo médio paralelo e os graus de curvatura da popa e da proa. Em comparação com os resultados experimentais do modelo de casco 4165 da série 58, a simulação desenvolvida apresentou erros inferiores a 6.9% para todos os números de Reynolds analisados, bem como demonstrou resultados consistentes com as variações paramétricas impostas. Como exemplo de aplicação, é apresentado um estudo paramétrico, cuja análise de qualidade de malha foi conduzida manualmente, não sendo encontrados problemas significativos na abordagem automatizada.