Estudo tridimensional da vibração induzida por vórtices sobre um cilindro rígido elasticamente apoiado através da solução numérica das equações de Navier-Stokes

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2019
Autor(a) principal: Silva, Thiago Santos Freitas Castro
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Brasil
Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Oceânica
UFRJ
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://hdl.handle.net/11422/13557
Resumo: The effects of Vortex Induced Vibration (VIV) have great importance in several areas of Engineering. In oil exploration, for example, risers are structures commonly subject to this type of phenomenon and can suffer damage due to the oscillations caused by it. Vortex Induced Vibration of a rigid circular cylinder elastically mounted with one degree of freedom was studied and the drag and lift coefficients, frequency, amplitude and phase angle responses, were obtained for a reduced velocity range of 2 to 12. The numerical solution for the three-dimensional, slightly compressible Navier-Stokes equations was obtained using the Finite Volume Method and Large Eddy Simulation. The 3rd order Runge-Kutta method was used to perform the march in time. A curvilinear mesh, body fitted with 8 million knots was used in the simulations. Although the maximum response amplitude obtained was lower than expected, the present work was able to successfully capture the lock-in frequency, the phase angle change with the increase in reduced velocity and the 2S and 2P vortex shedding modes, besides allowing the visualization of the three-dimensional swirling wake and its properties.
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spelling Estudo tridimensional da vibração induzida por vórtices sobre um cilindro rígido elasticamente apoiado através da solução numérica das equações de Navier-StokesA three-dimensional study of vortex-induced vibration on an elastically mounted rigid cylinder through the numerical solution of Navier-Stokes equationsVibração Induzida por vórtices.Escoamento ao redor de cilindro.Mecânica dos fluidos computacional.Simulação direta das grandes escalas da turbulência.CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA NAVAL E OCEANICAThe effects of Vortex Induced Vibration (VIV) have great importance in several areas of Engineering. In oil exploration, for example, risers are structures commonly subject to this type of phenomenon and can suffer damage due to the oscillations caused by it. Vortex Induced Vibration of a rigid circular cylinder elastically mounted with one degree of freedom was studied and the drag and lift coefficients, frequency, amplitude and phase angle responses, were obtained for a reduced velocity range of 2 to 12. The numerical solution for the three-dimensional, slightly compressible Navier-Stokes equations was obtained using the Finite Volume Method and Large Eddy Simulation. The 3rd order Runge-Kutta method was used to perform the march in time. A curvilinear mesh, body fitted with 8 million knots was used in the simulations. Although the maximum response amplitude obtained was lower than expected, the present work was able to successfully capture the lock-in frequency, the phase angle change with the increase in reduced velocity and the 2S and 2P vortex shedding modes, besides allowing the visualization of the three-dimensional swirling wake and its properties.Os efeitos da Vibração Induzida por Vórtices (VIV) tem grande importância em diversas áreas da Engenharia. Na exploração de petróleo, por exemplo, os risers são estruturas comumente sujeitas a este tipo de fenômeno e podem sofrer danos devido às oscilações causadas por ele. A Vibração Induzida por Vórtices em um cilindro circular rígido elasticamente montado com um grau de liberdade foi estudada e os coeficientes de arrasto e sustentação, além das respostas em frequência, amplitude e ângulo de fase, foram obtidas para uma faixa de velocidade reduzida de 2 a 12. A solução numérica para as equações de Navier-Stokes levemente compressíveis em três dimensões foi obtida através do Método dos Volumes Finitos e da Simulação das Grandes Escalas da Turbulência (Large Eddy Simulation) e o método de Runge-Kutta de 3ª Ordem foi utilizado para realizar a marcha no tempo. Uma malha curvilínea, body fitted com 8 milhões de nós foi utilizada nas simulações. Apesar da amplitude máxima de resposta obtida ter sido menor do que a esperada, o presente trabalho conseguiu capturar com sucesso a frequência de lock-in, a mudança do ângulo de fase com o aumento da velocidade reduzida e os modos de liberação de vórtices, 2S e 2P, além de possibilitar a visualização da esteira turbilhonar tridimensional e suas propriedades através das simulações.Universidade Federal do Rio de JaneiroBrasilInstituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de EngenhariaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia OceânicaUFRJWanderley, Juan Bautista Villahttp://lattes.cnpq.br/7921067616075122http://lattes.cnpq.br/5520229392809167Fernandes, Antonio CarlosEllwanger, Gilberto BrunoCouto, PauloSilva, Thiago Santos Freitas Castro2021-01-22T00:29:41Z2023-12-21T03:07:22Z2019-03info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttp://hdl.handle.net/11422/13557porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFRJinstname:Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)instacron:UFRJ2023-12-21T03:07:22Zoai:pantheon.ufrj.br:11422/13557Repositório InstitucionalPUBhttp://www.pantheon.ufrj.br/oai/requestpantheon@sibi.ufrj.bropendoar:2023-12-21T03:07:22Repositório Institucional da UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)false
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