Estudo da vibração induzida por vórtices sobre um cilindro circular elasticamente apoiado pela solução numérica das equações de Reynolds

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Almeida, Leonardo Henrique Guerreiro de
• Orientador(a): Wanderley, Juan Bautista Villa
• Banca de defesa: Fernandes, Antonio Carlos, Ellwanger, Gilberto Bruno, Couto, Paulo
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal do Rio de Janeiro
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Oceânica
• Departamento: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Vibrações; Vórtices dos fluídos; Volumetria; Turbulência; Equações de Navier-Stokes
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA NAVAL E OCEANICA::ESTRUTURAS NAVAIS E OCEANICAS
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/11422/13485

A vibração induzida por vórtices (VIV) é um assunto ainda pouco dominado pela comunidade científica e de grande interesse na área da engenharia. Sua simulação numérica apresenta-se como um desafio, seja pela não-linearidade intrínseca a esse fenômeno, seja pela limitação computacional e restrita gama de métodos eficientes. Por esse motivo, vários estudos abordaram essa tem ática, no entanto, os resultados obtidos apresentaram- se insatisfatórios e a necessidade de melhorá-los é evidente. No presente trabalho, as equações de Navier-Stokes promediadas de Reynolds (RANS) levemente compressíveis foram resolvidas utilizando-se o método dos volumes finitos na discretização espacial e o método de Runge-Kutta de terceira ordem na integração no tempo. O código numérico foi validado pela simulação de três casos laminares (Re = 40, 100 e 200) e dois casos onde a esteira e turbulenta (Re = 500 e 1000) para o cilindro fixo. Nos casos turbulentos, os modelos de turbulência de uma equação de Spalart-Allmaras e da energia cinética turbulenta foram usados para simular a turbulência na esteira do cilindro. Por fim, simulou-se o cilindro elasticamente montado com um grau de liberdade e com baixo coeficiente de massa para Re = 2000-12000, onde foi possível capturar muitas características reportadas por estudos experimentais prévios, como é o caso do modo de emissão de vórtices 2P. No entanto, a resposta em amplitude calculada apresentou discrepâncias, as quais foram devidamente esclarecidas. O presente trabalho e pioneiro na medida em que avalia uma metodologia mais simples para o estudo da VIV visando eficiência em termos de custos computacionais.