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Estudo de vibrações induzidas por vórtices em um corpo rombudo utilizando o método de vórtices discretos com modelo de rugosidade superficial

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dc.creator CHIARADIA, Tiago Raimundo
dc.date.issued 2025-09-12
dc.identifier.citation CHIARADIA, Tiago Raimundo. Estudo de vibrações induzidas por vórtices em um corpo rombudo utilizando o método de vórtices discretos com modelo de rugosidade superficial. 2025. 118 f. Dissertação. (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2025. pt_BR
dc.identifier.uri https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4332
dc.description.abstract In the literature, there is scarcity of tests with combined effects of vortex-induced vibrations (VIV) and rough surface to control drag force behaviour of bluff bodies. In this context, the present work contributes to the limited studies on the surface roughness effects into the VIV of a single circular cylinder. The body is forced to oscillate with respect to the free stream. The numerical approach utilizes a purely Lagrangian description through the Discrete Vortex Method (DVM) with surface roughness model. Previous works in the literature have also demonstrated that two-dimensional roughness model is more sensitive than a single turbulence modeling to capture nonlinear multi-physics phenomenon with a variety of applications in different engineering areas. In the present results, the dimensionless oscillation amplitude was fixed at A/D = 0.13 (D is the outer cylinder diameter) and the body oscillation frequency varied in the range 0.04 ≤ f0 ≤ 0.80. These values were chosen to compare with experimental data, when possible. Three relative roughness sizes were chosen, i.e. ε/D = 0.001, 0.0045 and 0.007. The test cases with no roughness effects, when compared to the experimental data, captured two basic antisymmetrical modes, namely modes AI and AIV, and also the chaotic mode. The symmetric mode with coalescence was captured. Those modes indicate that the vortex shedding frequency, obtained from the time history curve of the drag coefficient force, is synchronized with the body oscillation frequency at a fixed Reynolds number of 100,000. In certain tests involving the surface roughness model, a desynchronization between the forced and vortex shedding frequencies was observed, and significant drag force variations, representing the main contribution of this study. pt_BR
dc.language por pt_BR
dc.publisher Universidade Federal de Itajubá pt_BR
dc.rights Acesso Aberto pt_BR
dc.subject Aerodinâmica de corpo rombudo pt_BR
dc.subject Simulação de grandes escalas (LES) pt_BR
dc.subject Modelo de rugosidade pt_BR
dc.subject Regime de Lock-in pt_BR
dc.subject Dinâmica lagrangiana pt_BR
dc.title Estudo de vibrações induzidas por vórtices em um corpo rombudo utilizando o método de vórtices discretos com modelo de rugosidade superficial pt_BR
dc.type Dissertação pt_BR
dc.date.available 2026-02-02
dc.date.available 2026-02-02T13:34:12Z
dc.date.accessioned 2026-02-02T13:34:12Z
dc.creator.Lattes http://lattes.cnpq.br/6307379256912354 pt_BR
dc.contributor.advisor1 PEREIRA, Luiz Antonio Alcântara
dc.contributor.advisor1Lattes http://lattes.cnpq.br/4661027552048116 pt_BR
dc.description.resumo A literatura apresenta uma escassez de resultados com efeitos combinados de vibração induzida por vórtices (VIV) e rugosidade superficial para o controle da força de arrasto de corpos rombudos. Neste contexto, o presente trabalho contribui para a literatura com resultados numéricos de efeito de rugosidade superficial sobre VIV de um cilindro circular único. A estrutura cilíndrica é forçada a vibrar na mesma direção do escoamento incidente. A técnica numérica utiliza uma descrição puramente lagrangiana através do Método de Vórtices Discretos (MVD) com modelo de rugosidade superficial. Resultados anteriores publicados na literatura têm reportado que modelo de rugosidade bidimensional é bem mais sensível do que simples modelagem de turbulência bidimensional para capturar fenômenos da hidrodinâmica não linear com diferentes aplicações em problemas de engenharia. Os resultados numéricos apresentados neste trabalho consideram uma amplitude adimensional de A/D = 0, 13 (sendo D o diâmetro externo do cilindro) com variação da frequência adimensional de oscilação na faixa 0, 04 ≤ f0 ≤ 0, 80. Estes valores são escolhidos para comparação com resultados experimentais quando possível. Três alturas médias de rugosidade relativa foram escolhidas: ε/D = 0, 001, 0, 0045 e 0, 007. Os casos de testes sem modelo de rugosidade superficial, quando comparados com dados experimentais, capturaram dois modos antissimétricos básicos conhecidos como AI e AIV, e também modo caótico. O modo simétrico com coalescência também foi capturado. Estes modos indicam que a frequência de emissão de vórtices, retirada da curva de oscilação no tempo do coeficiente de arrasto, se encontra sincronizada com a frequência forçada de vibração estrutural para número de Reynolds de 100.000. Em determinados ensaios realizados com o modelo de rugosidade superficial, verificou-se uma dessincronização entre a frequência forçada e a frequência de desprendimento de vórtices, acompanhada de variações expressivas no coeficiente de arrasto. Esses efeitos configuram a principal contribuição deste estudo, evidenciando a influência da rugosidade na dinâmica do escoamento. pt_BR
dc.publisher.country Brasil pt_BR
dc.publisher.department IEM - Instituto de Engenharia Mecânica pt_BR
dc.publisher.program Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia Mecânica pt_BR
dc.publisher.initials UNIFEI pt_BR
dc.subject.cnpq CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA pt_BR


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