Repositório UNIFEI UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Dissertações
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Tipo: Dissertação
Título: Estudo numérico do escoamento ao redor de um corpo rombudo que oscila forçadamente na presença do efeito solo
Autor(es): PEREIRA, Julio Patti
Primeiro Orientador: PEREIRA, Luiz Antonio Alcântara
Resumo: O presente trabalho consiste no estudo de dois fenômenos envolvidos em análises de interação fluido-estrutura, isto é, o efeito solo e as Vibrações Induzidas por Vórtices (V.I.V.). Utiliza-se o Método de Vórtices Discretos (M.V.D.) de caráter puramente Lagrangeano para a solução numérica do problema da oscilação forçada sobre um cilindro circular imerso em um escoamento fluido, tendo o corpo um grau de liberdade para oscilar apenas na direção in-line, isto é, na direção do escoamento incidente. Nessas condições, há uma intensa interação entre fluido e estrutura, e manifestam-se complexos fenômenos que caracterizam os estudos de V.I.V., como o surgimento de diferentes regimes de formação e desprendimento de estruturas vorticosas, a competição entre esses regimes e o fenômeno de atrelagem síncrona, lock-on ou lock-in. Para o estudo e acurácia dos carregamentos fluidodinâmicos na situação de vibração forçada, esse trabalho contribui com o desenvolvimento teórico e a implementação numérica no cálculo de efeitos inerciais na formulação integral da entalpia específica de estagnação. Separadamente, são realizadas investigações a respeito da influência causada puramente pela proximidade de uma superfície plana em relação ao cilindro imerso em um escoamento, utilizando-se de um artifício numérico, o qual desacopla a camada limite (C.L.) originada junto à parede plana, o que produz um efeito semelhante a situação em que o chão se move na mesma velocidade do fluido. Verificou-se a ocorrência de fenômenos como a mudança do ponto de estagnação e dos pontos de separação da C.L. sobre o corpo rombudo estacionário, variações significativas dos carregamentos e supressão do regime de desprendimento de vórtices quando a distância entre o chão e o cilindro é muito pequena. Ao final, realizou-se investigações onde as situações de efeito solo e V.I.V. se fazem presentes simultaneamente, investigando a dominância de um fenômeno sobre o outro em situações em que os efeitos eram concorrentes. Todas as simulações são realizadas para um número de Reynolds (𝑅𝑒) igual a 105. De modo geral, os estudos tiveram ótima correspondência com a literatura. No entanto, um estudo que envolva a situação análoga com a atuação dos dois efeitos de interferência é raramente encontrado na literatura para a comparação.
Abstract: The present work consists of the study of two phenomena involved in fluid-structure interaction analysis, that is, the ground effect and Vortex-Induced Vibrations (V.I.V.). The purely Lagrangian Discrete Vortex Method is used for the numerical solution of the forced oscillation problem on a circular cylinder immersed in a fluid flow, with the body having a degree of freedom to oscillate only in the in-line direction, that is, in the streamwise direction. Under these conditions, there is an intense interaction between fluid and structure, and complex phenomena that characterize V.I.V. studies are manifested, such as the appearance of different regimes of formation and structural vortex shedding, the competition between these regimes and the phenomenon of synchronous coupling, lock-on, or lock-in. For the study and accuracy of fluid dynamic loads in the situation of forced vibration, this work contributes to the theoretical development and numerical implementation in the calculation of inertial effects in the integral formulation of the specific stagnation enthalpy. Separately, investigations are carried out regarding the influence caused purely by the proximity of a flat surface to the cylinder immersed in a flow using a numerical artifice which decouples the boundary layer originated along the flat wall, which produces a similar effect to the situation where the ground moves at the same speed as the fluid. The occurrence of phenomena such as the change in the stagnation point and the separation points of the boundary layer on the stationary bluff body, significant variations in the loads and suppression of the vortex shedding regime when the distance between the ground and the cylinder is very small were verified. In the end, investigations were carried out where situations of ground and V.I.V. effects are simultaneously present, investigating the dominance of one phenomenon over the other in situations where the effects were adverse. All simulations are performed for a Reynolds number equal to 105. In general, the studies had excellent correspondence with the literature. However, a study involving a similar situation with the performance of the two interference effects is rarely found in the literature for comparison.
Palavras-chave: Método de vórtices discretos
Vibração estrutural forçada in-line
Efeito solo
Carregamentos fluidodinâmicos
Corpo rombudo
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Itajubá
Sigla da Instituição: UNIFEI
metadata.dc.publisher.department: IEM - Instituto de Engenharia Mecânica
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia Mecânica
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/2276
Data do documento: 10-Dez-2020
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