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Authors
Abstract(s)
Portuguese culture has always been interconnected with nautical culture. Nowadays, Portugal is a powerful country in canoeing. Besides athletes, excellent training places, Portugal is
one of the best manufacturers of canoes and kayaks in the world. To have a constant evolution in the design of the boats, it is crucial to study the hydrodynamics of canoes. Therefore,
the present work arises in the context of the lack of scientific studies in the area of hydrodynamics in canoeing, mainly the C1 boat.
In this dissertation, simulations of Computational Fluid Dynamics (CFD) were performed
in order to simulate the water and air flow around the hull of two canoes to evaluate their
performance. For this, the Fluid Volume method (VoF) was used to simulate the free surface,
and the turbulence model ?e Standard to simulate the turbulence. A mesh independence
study was also carried out to ensure that the mesh used does not affect the intended results.
The software used for this analysis was Ansys Fluent 2019 R3.
In order to validate the numerical study, experimental tests were performed at full scale. The
numerical model was then applied to the two vessels, where the resistance to advance of the
canoes, at a range of velocities was studied, as well as for different pitch angle.
Also for comparison purposes the wave elevation, as well as the effect of the flow velocity, in
both canoes were evaluated.
For the C1 5 L model, the values were overestimated numerically, while for the other model,
the C1 8 L, the results were closer to the values obtained experimentally. Other numerical
studies have shown similar problems, which possibly has to do with the exact determination
of the waterline position, which significantly influences the final results.
A cultura portuguesa esteve sempre interligada com a cultura náutica. Atualmente, Portugal é uma potência na modalidade de canoagem. Para além de atletas, excelentes locais de treino, Portugal, é um dos melhores fabricantes de canoas e kayaks a nível mundial. Para haver uma constante evolução dos designs dos barco, é crucial estudar a hidrodinâmica das canoas. Assim, este trabalho surge no âmbito da falta de estudos científicos na área da hidrodinâmica na canoagem, principalmente da embarcação C1. Nesta dissertação foram realizadas simulações de Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD), com o objetivo de simular o escoamento de água e ar em torno do casco de duas canoas, para avaliar a performance destas. Para isso, foi utilizado o método do Volume de Fluido (VoF) para simular a superfície livre, e o modelo de turbulência ?e Standard para simular a turbulência. Foi também realizado um estudo de independência de malha para garantir que a malha utilizada não afeta os resultados pretendidos. O software utilizado para esta análise foi o Ansys Fluent 2019 R3. Com vista a validar o estudo numérico, foram realizados testes experimentais à escala real. O modelo numérico foi então aplicado às duas embarcações, onde foi estudada a resistência ao avanço das canoas para uma gama de velocidades, assim como para diferentes arfagens. Também para efeitos de comparação foram avaliadas a elevação de onda, assim como o efeito da canoa nas velocidades do escoamento em ambas as canoas. Para o modelo C1 5 L, os valores foram sobrestimados numericamente, enquanto que para o outro modelo, a C1 8 L, os resultados foram mais próximo dos valores obtidos experimentalmente. Outros estudos numéricos demonstraram problemas semelhantes, o que possivelmente terá a ver com a determinação exata da posição da linha de água, que influencia significativamente os resultados finais.
A cultura portuguesa esteve sempre interligada com a cultura náutica. Atualmente, Portugal é uma potência na modalidade de canoagem. Para além de atletas, excelentes locais de treino, Portugal, é um dos melhores fabricantes de canoas e kayaks a nível mundial. Para haver uma constante evolução dos designs dos barco, é crucial estudar a hidrodinâmica das canoas. Assim, este trabalho surge no âmbito da falta de estudos científicos na área da hidrodinâmica na canoagem, principalmente da embarcação C1. Nesta dissertação foram realizadas simulações de Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD), com o objetivo de simular o escoamento de água e ar em torno do casco de duas canoas, para avaliar a performance destas. Para isso, foi utilizado o método do Volume de Fluido (VoF) para simular a superfície livre, e o modelo de turbulência ?e Standard para simular a turbulência. Foi também realizado um estudo de independência de malha para garantir que a malha utilizada não afeta os resultados pretendidos. O software utilizado para esta análise foi o Ansys Fluent 2019 R3. Com vista a validar o estudo numérico, foram realizados testes experimentais à escala real. O modelo numérico foi então aplicado às duas embarcações, onde foi estudada a resistência ao avanço das canoas para uma gama de velocidades, assim como para diferentes arfagens. Também para efeitos de comparação foram avaliadas a elevação de onda, assim como o efeito da canoa nas velocidades do escoamento em ambas as canoas. Para o modelo C1 5 L, os valores foram sobrestimados numericamente, enquanto que para o outro modelo, a C1 8 L, os resultados foram mais próximo dos valores obtidos experimentalmente. Outros estudos numéricos demonstraram problemas semelhantes, o que possivelmente terá a ver com a determinação exata da posição da linha de água, que influencia significativamente os resultados finais.
Description
Keywords
Canoagem Design do Casco Experimental Hidrodinâmica Numérico Resistência Ao Avanço