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ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-3952-8553
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Análise computacional de interação fluido-estrutura aplicada em um spool
Alternate title (s): Computational analysis of fluid-structure interaction applied in a spool
Author: Rocha, Renata Ferreira Martins
First Advisor: Cavalini Junior, Aldemir Aparecido
First coorientator: Vedovoto, João Marcelo
First member of the Committee: Roma, Alexandre Megiorin
Second member of the Committee: Silveira Neto, Aristeu da
Summary: É apresentado o método da coerência baseado na análise espectral das respostas temporais de interação fluido-estrutura, obtidas através de simulações computacionais. Esse método é aplicado aos resultados de sete simulações 2–D da interação fluido-estrutura de um modelo massa-mola. Paralelamente, são analisados dos resultados da simulação da interação fluido-estrutura de um spool engastado junto ao solo marinho e sujeito a um escoamento de 0,77 m/s. O spool é uma tubulação marítima, utilizada pelas indústrias de óleo e gás. Dentro do contexto das tubulações e demais estruturas marítimas, utilizadas nesse setor industrial, desperta-se o interesse pelo fenômeno VIV (Vortex-Induced Vibrations). O VIV apresenta uma natureza inerentemente não-linear e afeta significativamente o bom funcionamento dos campos de produção das indústrias de óleo e gás. As simulações computacionais foram realizadas com o código MFSim, tanto para o sistema massa-mola quanto para o spool. O código MFSim vem sendo desenvolvido pelo Laboratório de Mecânica dos Fluidos da Universidade Federal de Uberlândia e conta com colaborações da Petrobras S.A. e contribuições do Instituto de Matemática e Estatística da Universidade de São Paulo. Para aplicação do método da coerência, utilizou-se um algoritmo desenvolvido em ambiente MATLAB, o qual é empregado na etapa do pós-processamento das simulações realizadas com o código MFSim. A grande vantagem do método da coerência reside no fato de que esse método permite obter conclusões acerca da física dos problemas de interação fluido-estrutura, que outros métodos de pós-processamento não são capazes de mostrar com clareza. A aplicação do método da coerência permitiu concluir que a interação fluido-estrutura ocorre de maneira predominante entre o cilindro e a esteira formada à jusante, apresentando valores iguais ou maiores do que 0,8 para a coerência. Para as demais regiões, mostrou-se que a sua participação na interação fluido-estrutura é irrelevante, apresentando valores iguais ou menores do que 0,2 para a coerência. No caso do spool, foi possível concluir que o VIV predomina na direção in-line e na região central da estrutura.
Abstract: The coherence method is presented, which is based on spectral analysis of temporal responses, obtained from computational simulations with fluid-structure interaction. This method is applied to the results of seven 2–D computational simulations of a mass-spring model’s fluid-structure interaction. Also, is presented an analysis of the results from fluid-structure interaction study of a spool, which is clamped next to the seabed and is subjected to a marine currents of 0.77 m/s. This analysis is accomplished from the results of a computational simulation. Another computational simulation is performed to estimate the submerged spool’s natural frequencies. Spool is a tubular marine structure used by oil and gas’ industries. In the context of tubular and marine structures in general, used by this industrial segment, the interest on VIV phenomenon arises. VIV presents a non linear inherently nature and affects strongly the oil and gas’ industries’ production fields proper working. The computational simulations were done with MFSim code, for both mass-spring system and spool. MFSim is a computational code, which is being developed by Fluid Mechanics Laboratory of Federal University of Uberlandia and has receiving Petrobras’ collaborations and contributions of the Mathematics and Statistics Institution of University of Sao Paulo. The application of coherence method required an algorithm, developed in MATLAB language, which is used at the MFSim simulations’ post-processing step. The great advantage of coherence method arises in the fact that with this method it’s possible to obtain conclusions about problems’ physics that other methods aren’t able to show clearly. Applying coherence method to the mass-spring model simulations, it was possible to show that fluid-structure interaction occurs strongly between the cylinder and the vortex wake, presenting coherence values about 0.8. For the another regions, it was possible to concluded that the fluid-structure interaction occurs weakly, presenting coherence values about 0.2. From spool simulations it was possible to concluded that the VIV in-line is greatest in structure’s center.
Keywords: Spool
Interação fluido-estrutura
Coerência
Fluid-structure interaction
Coherence
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOS::DINAMICA DOS CORPOS RIGIDOS, ELASTICOS E PLASTICOS
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: ROCHA, Renata Ferreira Martins. Análise computacional de interação fluido-estrutura aplicada em um spool. 2019. 138 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2019. DOI http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2019.63.
Document identifier: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2019.63
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/29149
Date of defense: 7-Aug-2019
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