Análise numérica do efeito da oscilação e correnteza sobre coeficientes hidrodinâmicos de geometrias simples.

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Coutinho, Igor Andrade
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: CFD; Coeficientes hidrodinâmicos; Correntes de maré; Current; Dinâmica dos fluidos computacionais; Discos; Disk; Forced oscillation; Hydrodynamic coefficients; Operation window; Oscilação forçada
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3150/tde-15082023-082900/

Em uma operação de lançamento/içamento de equipamentos submarinos na indústria offshore, vários fatores são importantes para uma instalação segura e econômica dentro de uma janela de operação. Um desses fatores são os coeficientes hidrodinâmicos dos equipamentos a serem instalados. Os coeficientes podem ser obtidos, experimentalmente ou numericamente, aplicando um movimento oscilatório que representa os efeitos da condição do mar e do movimento da embarcação. Contudo, essas aplicações simplificam as condições durante uma operação real e desconsideram efeitos importantes como a corrente oceânica. Este trabalho investiga numericamente o efeito da correnteza em conjunto a oscilação forçada nos coeficientes hidrodinâmicos de discos a partir da análise de dois parâmetros de influência: o número de Keulegan-Carpenter (KC) e a velocidade de correnteza reduzida (Vr). Um processo de validação do modelo numérico foi realizado em etapas para suprir a falta de referências sobre o assunto. O modelo foi comparado aos resultados de Direct Numerical Simulations (DNS) para baixos número de Reynolds (Re), em uma análise qualitativa e quantitativa, aplicado a condições mais amplas encontradas em operações reais, com KC de até 3, Vr de até 0,3 e para Re altos, de até 240 mil. Os coeficientes hidrodinâmicos de arrasto (Cd) e de massa adicional (Ca) tiveram mudanças significativas quando adicionado a correnteza nas simulações. Em resumo, ocorre um aumento de Cd e uma redução de Ca conforme Vr aumenta. Considerando condições reais de operações, os mesmos resultados são encontrados, com variações de Cd de até 300% e de Ca de até 36% para baixos KC. Os efeitos da correnteza também são percebidos nos vórtices. KC e Vr influenciaram diretamente a geração dos vórtices e até mudanças de formatos que ocorreram alterando estes parâmetros. Por fim, comparou-se a janela de operação de instalação na região de entrada na água utilizando coeficientes padrões da norma e os coeficientes encontrados neste trabalho.