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metadata.dc.type: Tese
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Title: Modelagem matemática de interação fluido-estrutura utilizando o método da fronteira imersa
Other Titles: Mathematical Modeling of Fluid-Structure Interaction by Using the Immersed Boundary Method
metadata.dc.creator: Silva, Alice Rosa da
metadata.dc.contributor.advisor1: Silveira Neto, Aristeu da
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Silva, Ana Lúcia Fernandes de Lima e
metadata.dc.contributor.referee1: Rade, Domingos Alves
metadata.dc.contributor.referee2: Padilla, Elie Luis Martínez
metadata.dc.contributor.referee3: Mansur, Sergio Said
metadata.dc.contributor.referee4: Hirata, Miguel Hiroo
metadata.dc.contributor.referee5: Franciss, Ricardo
metadata.dc.description.resumo: Os problemas práticos de engenharia que envolvem a presença de escoamentos incompressíveis em torno de corpos rombudos são considerados os mais estudados. Os corpos rombudos sofrem carregamentos fluidodinâmicos causados pela geração de vórtices, que induzem o movimento oscilatório dos mesmos. A vibração induzida por vórtices tem sido objeto de estudo de inúmeros pesquisadores de todo o mundo tanto no meio acadêmico quanto no âmbito industrial. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo o uso da metodologia da Fronteira Imersa combinado com o Modelo Físico Virtual, para a simulação de escoamentos incompressíveis, bidimensionais sobre cilindros circulares. Nas simulações numéricas são enfocados os escoamentos sobre cilindros rotativos, cilindros com rotação-oscilação, dois cilindros em diferentes arranjos e cilindros suportados por molas elásticas constituindo sistemas de um e dois graus de liberdade. A modelagem de turbulência sub-malha de Smagorinsky e uma função de amortecimento na saída do domínio, também foram utilizadas para garantir a estabilidade dos cálculos numéricos. As análises da distribuição da pressão ao longo da superfície do cilindro, da série temporal dos coeficientes de arrasto e de sustentação e o número de Strouhal, bem como os tipos de esteira atrás do cilindro, são também apresentadas. Para o caso de interação fluido-estrutura foram analisadas as respostas do cilindro em função da velocidade reduzida, bem como a série temporal dos deslocamentos do cilindro nas respectivas direções longitudinal e transversal. Verificou-se que o movimento de rotação pode amenizar e até suprimir o processo de geração de vórtices de acordo com a rotação específica. Nos resultados com rotação-oscilação foram obtidos os modos de geração de vórtices 2S , 2P e P+S , e ainda, esteiras de forma elípticas. Através da análise dos resultados obtidos, verifica-se que os ramos de respostas obtidos estão em concordância com o que se espera para simulações bidimensionais. De modo geral, os resultados apresentados concordam bem com os dados numéricos e experimentais encontrados na literatura.
Abstract: The practical engineering problems of incompressible flows over bluff bodies are considered as the most studied. The bluff bodies are affected by the hydrodynamic loads associated to the vortex shedding that in the most cases induce oscillated motions. The induced vibration motion due to the vortex shedding has been intensively investigated by a number of academic and industrial researches around the world. In this context, this work is devoted to the use of the so-called Immersed Boundary Method combined with the Virtual Physical Model for the purposes of numerical simulations of incompressible two-dimensional flows over circular cylinders. The numerical simulations emphasis is placed on the flows over rotating and rotating-oscillating cylinders, over two cylinders at different arrangements, and cylinders supported by elastic springs constituting one and two degrees-of-freedom systems. The Smagorinsky sub-grid turbulence model and a damping function in the outlet of the domain were used with to guarantee the numerical stability. The analyses of pressure distributions over the cylinder surface, time histories of drag and lift coefficients, Strouhal number as well as wake topology behind the cylinder were also presented. In the case of fluid-structure interaction, the responses of the cylinder were analyzed as functions of the reduced velocity, as well as the time histories of the cylinder displacement in the longitudinal and transversal directions. It was verified that the rotating motion can attenuate and in some cases eliminate the vortex shedding process, depending on the specific rotation. In the rotating-oscillations results, the vortex mode 2S , 2P and P+S , respectively, were obtained, and also elliptic wakes. Through the numerical results obtained one can verify that those are in accordance with those associated with the two-dimensional simulations. Finally, the numerical results presented in this work are in good agreement with the experimental and numerical corresponding results encountered in the literature.
Keywords: Interação fluído-estrutura
Movimento imposto
Método da fronteira imersa
Modelo físico virtual
Fluid mechanics
Fluid-structure interaction
Imposed motion
Immersed boundary method
Virtual physical model
Mecânica dos fluidos
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: BR
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
metadata.dc.publisher.initials: UFU
metadata.dc.publisher.department: Engenharias
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Citation: SILVA, Alice Rosa da. Mathematical Modeling of Fluid-Structure Interaction by Using the Immersed Boundary Method. 2008. 233 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2008.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14678
Issue Date: 18-Jul-2008
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