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dc.creatorMorales, Freddy Alejandro Portillo-
dc.date.accessioned2023-07-31T16:45:32Z-
dc.date.available2023-07-31T16:45:32Z-
dc.date.issued2023-07-19-
dc.identifier.citationMORALES, Freddy Alejandro Portillo. Modelagem matemática e computacional de interação fluido-estrutura utilizando elementos sólidos com aplicação na indústria. 2023. 127 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2023. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2023.346pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufu.br/handle/123456789/38793-
dc.description.abstractFluid-Structure Interaction (FSI) problems are found in a wide range of fields, including biology, medicine, and general engineering. The FSI phenomenon, as the name suggests, occurs when there is an interaction between fluid flows and one or more structures. In this work, an evaluation of FSI is performed on flexible structures subjected to both compressible and incompressible flows. Using the multiphysics simulator, MFSim, a computational tool developed by the Fluid Mechanics Laboratory (MFLab), it is possible to perform computational simulations of fluid-structure interaction. MFSim uses a partitioned approach, which means that the fluid and the structure are solved independently and coupled at each time step, allowing the combination of efficient methods for each subsystem to be resolved. For the fluid case, the Finite Volume Method (FVM) is used, while for the structure, the Finite Element Method (FEM) is employed. The Immersed Boundary Method (IBM) is also used, which is responsible for modeling the fluid-solid interface. This method allows the calculation of fluid-dynamic forces exerted by the fluid due to the presence of immersed bodies. In the presented study cases, 8-node hexahedral elements with additional interpolation functions were used. The scope of this thesis was to analyze the fluid-structure interaction problem of a pipeline that is part of the Fluid Catalytic Cracking Unit (FCCU) at Petrobras' REPLAN refinery. For the FSI analysis of the proposed problem, a Newtonian fluid with compressible flow and varying physical properties was considered, and a weak coupling between the fluid and structure subsystems was used for this specific case. To carry out the computational simulation of the proposed problem, a block-structured Cartesian mesh with adaptive refinement, LES methodology, and Smagorinsky as the turbulence closure model were employed. For the FSI validation cases, a strong coupling between subsystems was used. The results showed that the region susceptible to the greatest vibrations is where the Main valve is located, with the highest magnitude of average displacement found upstream of the Main valve when it is closed at 44° and the Slide valve is open at 83%. Throughout the work, physical, differential mathematical, and computational mathematical modeling of the proposed problem are presented, as well as the results for validation and industrial application cases.pt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Uberlândiapt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectInteração Fluido-Estruturapt_BR
dc.subjectMétodo dos Elementos Finitospt_BR
dc.subjectMétodo dos Volumes Finitospt_BR
dc.subjectElementos Sólidos Hexaédricospt_BR
dc.subjectFluid-Structure Interactionpt_BR
dc.subjectFinite Element Methodpt_BR
dc.subjectFinite Volume Methodpt_BR
dc.subjectSolid Hexahedral Elementspt_BR
dc.titleModelagem matemática e computacional de interação fluido-estrutura utilizando elementos sólidos com aplicação na indústriapt_BR
dc.title.alternativeMathematical and computational modeling of fluid-structure interaction using solid elements with application in the industrypt_BR
dc.typeTesept_BR
dc.contributor.advisor-co1Cavallini Júnior, Aldemir Aparecido-
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0387727577180664pt_BR
dc.contributor.advisor1Silveira Neto, Aristeu da-
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4650888739121183pt_BR
dc.contributor.referee1Vedovotto, João Marcelo-
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5630598971511798pt_BR
dc.contributor.referee2Carvalho, Solidônio Rodrigues de-
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/8943889945992814pt_BR
dc.contributor.referee3Coutinho, Alvaro Luiz Gayoso de Azeredo-
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/6402361744624287pt_BR
dc.contributor.referee4Serfaty, Ricardo-
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/5917199961355543pt_BR
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/4884015499150640pt_BR
dc.description.degreenameTese (Doutorado)pt_BR
dc.description.resumoProblemas de interação fluido-estrutura (Fluid Structure Iteraction -FSI) são encontrados em uma ampla variedade de áreas, entre as quais encontram-se a biologia, medicina e engenharia em geral. O fenômeno de FSI, bem como o seu o nome indica, acontece quando se tem a interação entre escoamentos de fluido e uma ou mais estruturas. Neste trabalho, faz-se uma avaliação de FSI de estruturas flexíveis submetidas a escoamentos tanto compressíveis quanto incompressíveis. Usando o simulador multifísica, MFSim, ferramenta computacional desenvolvida pelo Laboratório de Mecânica dos Fluidos (MFLab), é possível realizar simulações computacionais de interação fluido-estrutura. O MFSim usa uma abordagem particionada. Esta abordagem particionada significa que o Fluido e a Estrutura, serão resolvidas de formas independentes e acopladas a cada passo de tempo, permitindo a combinação de métodos eficientes para cada subsitema a ser resolvido. Para o caso do fluido é utilizado o Método dos Volumes Finitos (Finite Volume Method - FVM) e para a estrutura é utilizado o Métodos dos Elementos Finitos (Finite Element Method - FEM). Também é utilizado o Método da Fronteira Imersa (Immersed Boundary Method - IBM), responsável pela modelagem da interface fluido-sólido, usando este método é possível calcular as forças fluidodinâmicas exercidas pelo fluido devido a presença de corpos imersos. Para os casos de estudo mostrado nesta tese foram utilizados elementos hexaédricos de 8 nós padrão e com funções extra de interpolação. O escopo desta tese foi o de analisar o problema de interação fluido-estrutura de uma tubulação que faz parte da Unidade de Craqueamento Catalítico Fluido (UFCC) da refinaria REPLAN da Petrobras. Para a análise de FSI do problema proposto foi considerado o fluido newtoniano, escoamento compressível, com propriedades físicas variáveis e foi utilizado um acoplamento fraco entre os subsistema fluido e estrutura para este caso específico. Para a realização da simulação computacional do problema proposto, foi utilizada uma malha cartesiana bloco-estruturada, com refinamento adaptativo, metodologia LES e Smagorinsky como modelo de fechamento da turbulência. Para os casos de validação de FSI foi utilizado acoplamento forte entre os subsistemas. Os resultados evidenciaram que a região que está suscetível a maiores vibrações é a região onde está localizada a válvula Main, a maior magnitude do deslocamento médio foi encontrada à montante da válvula Main e acontece quando a válvula Main tem um fechamento de 44° e a válvula Slide tem uma abertura de 83%. Ao logo do trabalho são apresentadas as modelagens física, matemático diferencial e matemático computacional do problema proposto, assim como os resultados para os casos de validação e de aplicação industrial.pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Engenharia Mecânicapt_BR
dc.sizeorduration127pt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOSpt_BR
dc.identifier.doihttp://doi.org/10.14393/ufu.te.2023.346pt_BR
dc.orcid.putcode139662566-
dc.crossref.doibatchidecb53900-a9ab-44fe-b266-551b98f91187-
dc.subject.autorizadoEngenharia mecânica-
dc.subject.autorizadoMecânica dos fluidos-
dc.subject.autorizadoMétodo dos elementos finitos-
dc.subject.autorizadoEngenharia de estruturas-
Appears in Collections:TESE - Engenharia Mecânica

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