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Simulação numérica computacional de interação fluido estrutura sobre cilindros quadrados

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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS

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Summary

A pesquisa na área de dinâmica de fluidos computacional em escoamentos turbulentos, juntamente com a interação Fluido-Estrutura, é de extrema importância para o meio acadêmico e também para a indústria, destacando-se os setores de engenharia marítima e engenharia aeroespacial. Os padrões industriais utilizados atualmente exigem métodos de dinâmica computacional (CFD) cada vez mais precisos para investigar e descrever o comportamento de diversos sistemas mecânicos e seus fenômenos físicos. Tendo como interesse o campo de aplicações da engenharia marítima e offshore prever o comportamento fluidodinâmico em estruturas flutuantes - como risers, spools e plataformas -, vários desafios são impostos, como a interferência complexa de esteira, vibrações e outras instabilidades inerentes ao escoamento. Nesse sentido, este trabalho teve como objetivo realizar simulações numéricas de interação Fluido-Estrutura, decorrente dos fenômenos de vibração induzida por vórtice (do inglês, vortex induced vibration), ou VIV, em estruturas marítimas. Utilizando a plataforma MFsim, buscou-se implementar o problema de VIV para entender quais são os parâmetros que caracterizam este fenômeno físico. Foi realizado o estudo sobre o fenômeno de VIV aplicado a cilindros de seção transversal quadrada, com dois graus de liberdade e em escoamentos a baixo número de Reynols. Para estudar este fenômeno, uma série de condições de interação fluido-estrutura foi simulada sistematicamente, considerando um sistema massa-mola, para diferentes velocidades reduzidas. Além dessas, foram realizadas ainda simulações adicionais com uma malha inicial mais refinada, a fim de demonstrar que a malha computacional utilizada neste estudo teve efeitos de erros numéricos desprezíveis nos resultados. Após o pós processamento e análises qualitativas, foi possível compreender os principais parâmetros decorrentes da Interação Fluido-Estrutura (IFE) e como o fenômeno secundário de Lock-in acontece quando na influência do VIV.

Abstract

Keywords

Fluidodinâmica computacional, Computational fluid dynamics, Simulação numérica, Numerical simulation, Interação fluidoestrutura, Fluid-structure, Cilindros quadrados, Square cylinders, Vibração induzida por vórtices, Vortex induced vibration

Citation

JARCZEWSKI, Joao Victor Pereira. Simulação numérica computacional de interação fluido estrutura sobre cilindros quadrados. 2022. 56 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Aeronáutica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2022.

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