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Two-degree-of-freedom vortex-induced vibration of circular cylinders with very low aspect ratio and small mass ratio

Gonçalves, Rodolfo Trentin; Rosetti, Guilherme Feitosa; Franzini, Guilherme Rosa; Meneghini, Julio Romano; Fujarra, André Luís Condino
Fonte: London Publicador: London
Tipo: Artigo de Revista Científica
ENG
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The investigation of vortex-induced vibration on very short cylinders with two degrees of freedom has drawn the attention of a large number of researchers. Some investigations on such a problem are carried out in order to have a better understanding of the physics involved in vortex-induced motions of floating bodies such as offshore platforms. In this paper, experiments were carried out in a recirculating water channel over the range of Reynolds number 6000

Estudo experimental do efeito de interferência no escoamento ao redor de cilindros alinhados. ; Experimental investigation of flow-interference effects around circular cylinders in tandem.

Assi, Gustavo Roque da Silva
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: application/pdf
Publicado em 16/12/2005 PT
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66.38%
Esta Dissertação de Mestrado apresenta um estudo experimental sobre os efeitos de interferência das vibrações induzidas pelo escoamento ao redor de cilindros rígidos livres para oscilar transversalmente ao escoamento fluido. Primeiramente, justifica a necessidade de pesquisas experimentais dentro do contexto prático da engenharia offshore, que motiva este trabalho. Apresenta uma revisão bibliográfica sobre escoamentos ao redor de corpos rombudos seguida de uma síntese sobre vibrações induzidas pelo escoamento. Destacam-se as oscilações causadas por VIV – Vibrações Induzidas por Vórtices e “galloping” como os fenômenos até o momento atribuídos às excitações de um cilindro isolado e um par de cilindros alinhados com o escoamento. Apresenta a metodologia experimental empregada, descrevendo a aplicação de bases elásticas fletoras com um grau de liberdade. Introduz as técnicas experimentais e de tratamento de sinais utilizadas e faz rápidas considerações sobre a realização de ensaios nos dois canais de água circulante onde os experimentos foram conduzidos. Os resultados apresentados, discutidos e comparados envolvem: medições da resposta dinâmica em amplitude e freqüência dominante de oscilação; medição instantânea do ângulo de fase entre a força fluida e o deslocamento do cilindro e do ângulo de fase entre as oscilações de dois cilindros; e medições da dinâmica da esteira com PIV. Os arranjos de cilindros estudados são: cilindro isolado; par alinhado com cilindro à montante oscilando; par alinhado com cilindro à jusante oscilando; e par alinhado com ambos os cilindro oscilando. Todas as configurações analisadas em detalhes possuem baixo parâmetro de massa e baixíssimo parâmetro de amortecimento . Os espaçamentos entre os centros dos cilindros alinhados variam entre . A faixa de velocidade reduzida analisada está entre. Um cilindro isolado apresentou resposta típica de VIV com os três ramos de resposta (inicial...

Estudo numérico do escoamento ao redor de um cilindro oscilando.; Numerical investigation of the flow around an oscillating cylinder.

Raupp, Eduardo Mendonça
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: application/pdf
Publicado em 23/04/2007 PT
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O objetivo deste projeto de mestrado é estudar o escoamento bidimensional ao redor de um cilindro isolado oscilando forçadamente e apoiado em base elástica através de simulações computacionais utilizando o Método de Elementos Espectrais. Este tópico suscita grande interesse no meio tecnológico, pois esta configuração aparece com bastante freqüência em estruturas marítimas, como os "risers" de produção e umbilicais de plataformas de exploração de petróleo, e também no meio acadêmico, uma vez que se trata do estudo de fenômenos complexos originados do escoamento ao redor de uma geometria simples: cilindro circular. A pesquisa tem seu principal enfoque na avaliação da utilização do método espectral de elementos finitos para solução do escoamento bidimensional no limite do regime de esteira laminar, Re < ou = 200 , ao redor de um cilindro oscilando forçadamente e apoiado em base elástica. As simulações do escoamento ao redor de um cilindro oscilando forçadamente são realizadas com duas amplitudes de oscilação do cilindro: 0.15D e 0.40D . Para cada amplitude são utilizadas dez freqüências de oscilação: 0.8 s f , 0.85 s f , 0.9 s f , 0.95 s f , 0.975 s f , 0.9875 s f , 1.025 s f , 1.05 s f , 1.075 s f e 1.1 s f ; onde D é o diâmetro do cilindro e s f é a freqüência de desprendimento de vórtices para cilindro fixo. O objetivo destas simulações é a tentativa de observação do fenômeno da mudança brusca do ângulo de fase entre a força transversal à direção da corrente e o deslocamento do cilindro...

Estudo analítico-numérico das vibrações induzidas por vórtices em trecho vertical de riser rígido, sujeito à variação de tração, e sua influência na fadiga.; Analytic-Numerical study of Vortex-Induced Vibrations in a vertical rigid riser, subjected to tension fluctuation and its influence in fatigue.

Balena, Rosianita
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Tese de Doutorado Formato: application/pdf
Publicado em 17/05/2010 PT
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A produção de petróleo em ambiente marítimo é feita através de plataformas, em geral flutuantes, conectadas aos reservatórios através de dutos, os chamados risers, responsáveis pelo transporte de petróleo bruto, gás ou água. Do ponto de vista estrutural, estes risers podem ser rígidos ou flexíveis, porém, independente do tipo empregado, com o aumento da profundidade, aumentam-se os esforços de tração sobre essas estruturas. Em águas profundas, essa desvantagem pode ser diminuída com a utilização de configurações mais complexas, dentre as quais se destaca a riser tower, que é foco do presente estudo. Este sistema é composto por vários dutos unidos ao longo de um tubo vertical único, sustentado por uma bóia de subsuperfície. Um grande atrativo desta configuração é a redução da fadiga devido às ondas, uma vez que a bóia e parte significativa dos risers rígidos verticais não sofrem efeitos relevantes das ondas de superfície. No entanto, dois problemas de interação fluido-estrutural persistem: um associado ao fenômeno de VIV Vibração Induzida pela Emissão de Vórtices no riser vertical e outro relativo ao VIM - Movimento Induzido pela Emissão de Vórtices na bóia. Devido ao fato da correnteza ser quase permanente...

Vibração induzida por vórtices em cilindros com alta razão de aspecto: simulações numéricas e comparações com resultados experimentais.; Vortex induced vibration of circular cylinders with high aspect ratios: numerical simulation and comparison with experimental results.

Santos, Érico Almeida
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Tese de Doutorado Formato: application/pdf
Publicado em 13/12/2010 PT
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116.46%
O presente trabalho tem como objetivo investigar o fenômeno de vibração induzida por vórtices (VIV) em cilindros com razão de aspecto elevada. Para alcançar tal objetivo, utilizou-se o código computacional denominado ANFLEX-CFD devidamente validado através de comparações com resultados experimentais. O foco do estudo é voltado para a análise do fenômeno de VIV, causado pelo desprendimento de vórtices ao redor de cilindros, e seu efeito no comportamento estrutural desses corpos rombudos. O programa computacional utiliza o Método dos Vórtices Discretos (Discrete Vortex Method - DVM) para o cálculo das forças hidrodinâmicas, acoplado ao modelo estrutural do ANFLEX que utiliza o método dos elementos finitos para resolver a estrutura e determinar seus deslocamentos. Os ensaios que serviram para comparação dos resultados foram os realizados no tanque da IFREMER, na França. Os resultados numéricos apresentaram uma boa concordância com o experimento para as maiores velocidades de corrente, o que pode ser justificado pela menor influência da tração perante o arrasto. A partir dos resultados pode-se afirmar que o ANFLEX-CFD é uma ferramenta útil na predição do fenômeno de VIV e pode se tornar uma ferramenta fundamental na determinação da vida útil à fadiga de elementos estruturais como os risers da indústria petrolífera offshore.; This thesis aims to instigate vortex-induced vibration on circular cylinders with high aspect ratio. In order to do so...

Estudo de VIM - Movimentos Induzidos por Vórtices em plataformas do tipo monocoluna: abordagem  numérico-experimental e impactos no sistema de amarração.; VIM study - Vortex Induced Motions in monocolumn type platforms: numeric-experimental approach and impact on mooring system.

Cueva, Marcos Salles
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: application/pdf
Publicado em 23/02/2011 PT
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66.04%
A vibração induzida por vórtices - VIV é um assunto muito estudado na engenharia oceânica, tendo seu nome adaptado para VIM por ocasião de observação semelhante em plataformas do tipo Spar no Golfo do México. Com o início da utilização de plataformas monocolunas, especificamente com a instalação da Sevan Piranema no Nordeste Brasileiro, em 2007, questionou-se sobre a ocorrência deste fenômeno nestas unidades de seção cilíndricas, aplicando cargas não previstas aos sistemas de ancoragem, e eventualmente tornando estes subdimensionados. Em um primeiro momento, foi realizado estudo detalhado sobre os trabalhos já realizados na área, e tendo sido encontrado material insuficiente sobre o VIM em plataformas monocolunas, buscou-se a sua caracterização em termos de amplitudes e períodos de oscilação a partir de ensaios em tanques de prova, estratégia justificada pela dificuldade em se obter tais resultados de forma confiável via uma abordagem analítica e/ou numérica. Posteriormente, com o objetivo de se verificar o impacto do VIM nas cargas extremas, e principalmente na fadiga do sistema de ancoragem, foram realizadas análises com dois métodos distintos encontrados na literatura. Em linhas gerais, o primeiro método é descrito como aquele que considera a aplicação do VIM via movimentos equivalentes aos identificados experimentalmente e o segundo...

Investigação experimental e analítica do escoamento ao redor de cilindro circular com supressores de VIV.; Experimental and analytical investigation of the flow around circular cylinder with VIV suppressors.

Korkischko, Ivan
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Tese de Doutorado Formato: application/pdf
Publicado em 16/09/2011 PT
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86.3%
O escoamento de um fluido ao redor de corpos rombudos configura-se em um dos principais problemas da mecânica dos fluidos. As investigações deste fenômeno são baseadas em técnicas analíticas, numéricas e experimentais. Cada abordagem apresenta suas vantagens e desvantagens, sendo impossível a plena caracterização do escoamento através de uma única técnica para a maioria das geometrias de corpo e condições de escoamento. É neste contexto que se insere esta tese, que compreende um estudo fundamental sobre a dinâmica de formação e desprendimento de vórtices baseado em técnicas experimentais. Primeiramente, realiza-se um estudo de estabilidade hidrodinâmica do escoamento em torno de cilindro circular via modelo de Ginzburg-Landau. Os resultados experimentais deste estudo serviram para validar simulações numéricas e a principal técnica experimental utilizada foi a Velocimetria por Imagem de Partículas (PIV). A decomposição de campos de velocidade em série de Fourier permite verificar a hierarquia sugerida pela solução assintótica da bifurcação de Hopf. Além disso, os resultados também indicam quando a tridimensionalidade passa a ser importante no escoamento. A tridimensionalidade do escoamento está intimamente ligada ao fenômeno de vibração induzida por vórtices (VIV)...

Estudo numérico da vibração induzida por vórtices em um corpo cilíndrico.; Numerical study of the vortex induced vibration in a cylinder body.

Silva, Vinicius Girardi
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: application/pdf
Publicado em 29/05/2013 PT
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66.02%
Este trabalho tem por objetivo estudar através de simulações numéricas a interação fluido-estrutura de um escoamento ao redor de um cilindro livre para vibrar na direção transversal do escoamento, com o objetivo de compreender melhor o fenômeno muito recorrente em estruturas oceânicas, principalmente os dutos de extração de petróleo, chamados risers. A condição a ser estudada é a de escoamento com número de Reynolds igual a 10000, em um cilindro com parâmetro de massa igual a 3,3 e de amortecimento igual a 0,0026. Nestas condições, diversos modelos serão criados para representar toda a faixa de velocidades reduzidas em que ocorre o fenômeno de sincronização. Estes parâmetros foram escolhidos devido à presença de dados experimentais para o comparativo entre as simulações e os dados experimentais, que será apresentado ao final do trabalho. Resultados como a média do coeficiente de arrasto e o RMS do coeficiente de sustentação também serão comparados com dados experimentais disponíveis na literatura e uma análise dos perfis de escoamento na região da esteira é feita para a identificação de padrões recorrentes nestes tipos de caso.; The objective of this work is to study through numerical simulations the fluid-structure interaction in a cylinder...

Análise dinâmica não linear bidimensional de risers verticais.; Nonlinear dynamic analysis of bidimensional vertical risers.

Yamao, Michele
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: application/pdf
Publicado em 10/05/2013 PT
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55.94%
Na última década foram descobertas jazidas de petróleo e gás em águas profundas ao longo da costa sudeste do Brasil, o que tem levado à reavaliação de conceitos e técnicas até então utilizados para sua exploração em pequenas profundidades. Parâmetros que anteriormente eram supostamente não críticos passaram a ser relevantes no dimensionamento estrutural dos risers. Efetivamente, a descoberta de novas jazidas na Bacia de Santos incentivou o desenvolvimento de pesquisas nesta área, no Brasil e no mundo. Os depósitos de petróleo e gás encontrados abaixo da camada de sal (daí serem referidas por pré-sal) ocorrem em áreas com lâmina dágua de mais de 2.000 metros, requerendo novas tecnologias para viabilizar sua extração. Os risers de produção nada mais são do que tubulações que levam petróleo e gás do fundo do oceano para a superfície. Nas suas diversas configurações geométricas (vertical, em catenária, lazy wave, entre outros), são elementos estruturais extremamente esbeltos, que devem suportar carregamentos dinâmicos oriundos da correnteza marítima em grande profundidade, ondas de superfície, escoamento interno e deslocamentos impostos, atendendo a exigentes critérios de projeto. O riser vertical será o foco deste trabalho...

Vibrações induzidas pela emissão de vórtices em cilindros com baixa razão de aspecto.; Vortex-induced vibrations of cylinders with very low aspect ratio.

Gonçalves, Rodolfo Trentin
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Tese de Doutorado Formato: application/pdf
Publicado em 21/11/2013 PT
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46.07%
O aumento das ocorrências de VIM em plataformas flutuantes do tipo "spar" e monocoluna serviu de motivação para a investigação dos fundamentos do fenômeno de VIV em cilindros com baixa razão de aspecto e pequena razão de massa. Tal investigação também foi motivada pela necessidade de se preencher lacunas de conhecimento a respeito deste assunto, articularmente por conta da escassa disponibilidade de resultados acerca do VIV em cilindros curtos, bem como pela ausência de modelo fluido que justifique os comportamentos dinâmicos conhecidos. Para o entendimento pretendido, três grupos de experimentos com cilindros dotados de razão de aspecto na faixa 0,1 <= L/D <= 2,0 foram realizados em um canal de água circulante na Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, sendo: o primeiro grupo focado nos cilindros curtos estacionários; o segundo nos cilindros curtos de baixa razão de massa, 1,00 <= m* <= 4,36, e dois graus de liberdade; e o grupo final interessado no VIV em cilindros flutuantes, ou seja, razão de massa unitária e seis graus de liberdade. De uma maneira geral, a partir dos resultados aqui obtidos e das comparações com os resultados respectivamente encontrados na literatura, conclui-se que o VIV em cilindros curtos somente acontece se L/D > 0...

Uma comparação de métodos para avaliar a resposta dinâmica de edifícios altos em túnel de vento; A comparison of methods for assessing the dynamic response of tall building in wind tunnel

Sartori, Fernando César
Fonte: Universidade Federal do Rio Grande do Sul Publicador: Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Tipo: Dissertação Formato: application/pdf
POR
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15.92%
Atualmente, o cenário econômico mundial compreende a exploração cada vez mais intensa dos espaços urbanos, através de edificações que buscam maximizar a relação entre área construída e área disponível. Estas edificações, mais flexíveis e mais altas, dependem de avanços no uso de sistemas estruturais inovadores e materiais de elevada resistência com massa reduzida. Como consequência, a sensibilidade à ação dinâmica do vento aumentou. Estruturas esbeltas e flexíveis possuem frequências naturais de vibração livre mais baixas, o que as faz mais suscetíveis a vibrações induzidas pela turbulência atmosférica e pelo desprendimento de vórtices alternados. Essas vibrações têm o potencial de reduzir a segurança estrutural e causar desconforto aos usuários da edificação. A previsão da resposta induzida pela ação dinâmica do vento por métodos analíticos é complexa e de difícil resolução, principalmente para os efeitos transversais no sentido da velocidade média do vento. Em contrapartida, o uso de técnicas experimentais, através de ensaios em túnel de vento com modelos reduzidos, tem se mostrado bastante eficiente em termos de previsão de resultados. Neste contexto, este trabalho apresenta uma investigação numérica e experimental das parcelas estática e flutuante...

Análise por simulação numérica direta do escoamento ao redor de um cilindro submetido a vibração induzida por vórtices

Pinto, Leandro Conceição
Fonte: Universidade Federal do Rio Grande do Sul Publicador: Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Tipo: Tese de Doutorado Formato: application/pdf
POR
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96.34%
O estudo do escoamento ao redor de corpos submersos tem sido foco atual de muitas pesquisas. Em especial, escoamentos ao redor de obstáculos rombudos constituem sistemas de grande interesse prático em vários campos da engenharia e outras ciências como, por exemplo, na engenharia automobilística, na concepção de edificações submetidas à ação do vento, no estudo de correntes fluviais e marítimas sobre pilares de pontes, em risers, cabos de ancoragem e plataformas de captação de petróleo. O presente trabalho teve como objetivo principal o estudo por Simulação Numérica Direta do escoamento ao redor de um cilindro com dois graus de liberdade, submetido a Vibração Induzida por Vórtices (VIV), buscando o esclarecimento a cerca dos fenômenos tridimensionais de formação e evolução do escoamento em função da interação fluido-cilindro. As equações de Navier-Stokes e da continuidade são resolvidas numericamente usando esquemas de diferenças finitas compacto de sexta ordem na discretização espacial, em associação com um método de representação das fronteiras do cilindro, denominado Método de Fronteiras Imersas. Inicialmente foram realizadas simulações para os casos de cilindro fixo e em movimento forçado...

Desprendimento de vórtices em pontes : vibrações transversais induzidas no tabuleiro

Souza, Francisco Cantarelli Santos
Fonte: Universidade Federal do Rio Grande do Sul Publicador: Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Tipo: Trabalho de Conclusão de Curso Formato: application/pdf
POR
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46.25%
A ação do vento é um aspecto predominante no projeto aerodinâmico que determina as características da seção transversal de um tabuleiro de ponte. Dessa forma, a aplicação da teoria aerodinâmica, em estruturas de pontes conhecidas, deve se voltar para a supressão de fenômenos autoexcitados, como as vibrações transversais induzidas por desprendimento de vórtices, afim de impedir sua instabilidade. A vibração induzida por vórtice é uma resposta aerodinâmica que pode ocorrer para estruturas flexíveis sujeitas a ventos transversais, como os tabuleiros de pontes de longos vão e proporções esbeltas. A interação entre fluido e estrutura, através da separação do escoamento do ar, provoca desprendimento de vórtices alternadamente em cada face do tabuleiro da ponte, que por sua vez pode ocasionar um movimento oscilatório do tabuleiro da ponte quase sempre associado à ruína por fadiga dos materiais constituintes ou, por exemplo, de cabos de estaiamento a ele conectados. Foram estudadas modificações geométricas em uma seção transversal de um tabuleiro de ponte ensaiado no Túnel de Vento prof. Joaquim Blessmann, na Universidade Federal do Rio Grande do Sul, através da implementação de dispositivos aerodinâmicos de controle passivo de vibrações como forma de verificar uma redução nas amplitudes de vibração provocadas pelo desprendimento de vórtices. De maneira a investigar experimentalmente a influência de dispositivos aerodinâmicos de controle passivos para prevenir vibrações em seções transversais...

Comportamento dinamico de riser rigido em catenaria devido a vibração induzida por vortices em aguas profundas; Dynamic behavior of steel catenary riser due to vortex induced vibration in dreepwater

Raphael Issamu Tsukada
Fonte: Biblioteca Digital da Unicamp Publicador: Biblioteca Digital da Unicamp
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: application/pdf
Publicado em 27/02/2009 PT
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106.39%
O presente trabalho tem como objetivo principal caracterizar o comportamento dinâmico de risers em configuração catenária (SCR) sob os efeitos do fenômeno da vibração induzida por vórtices (VIV). Estes estudos foram realizados através de experimentos e simulações numéricas. O experimento foi realizado com modelo de SCR em escala reduzida em um tanque de provas sob várias condições simuladas do ambiente, variando a velocidade do carro dinamométrico, a amplitude dos movimentos impostos no topo do modelo, amplitudes e períodos de ondas. As simulações numéricas foram realizadas usando um modelo de VIV criado para a avaliação de risers rígidos verticais. Modificações para o modelo foram implementadas de forma a considerar a inclinação do riser em relação ao escoamento e os movimentos apresentados pela SCR. Os resultados experimentais e numéricos apresentaram algumas características de comportamento semelhantes aos dos risers utilizados para grandes lâminas da água, verificados por outros pesquisadores, tais como: os altos harmônicos da freqüência de desprendimento de vórtices e o comportamento misto de standing e travelling waves. Uma boa concordância foi observada comparação entre os resultados experimentais e numéricos; The primary objective of this work is to characterize the dynamic behavior of steel catenary risers (SCR) under the effects of the Vortex-Induced Vibration (VIV) phenomenon. This study was conducted applying both experimental and numerical approaches. A SCR model test was performed in a towing tank under several simulated environment condition combinations such as; varying the towing speed...

Um estudo comparativo de dutos em vãos livres através de simulações numéricas; A comparative study of a free span pipeline through numerical simulations

Marcus Vinícius Franchi dos Santos
Fonte: Biblioteca Digital da Unicamp Publicador: Biblioteca Digital da Unicamp
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: application/pdf
Publicado em 20/02/2015 PT
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56.11%
Vibrações Induzidas por Vórtices em dutos com vãos livres sujeitos a corrente marítima é um problema presente na indústria offshore. Embora significativos esforços tenham sido feitos para entender este complicado problema de interação fluido estrutura, a modelagem numérica para cálculo é ainda um grande desafio. O presente trabalho tem como objetivo principal caracterizar o comportamento dinâmico dos dutos em vãos livres sob os efeitos do fenômeno da vibração induzida por vórtices (VIV). A disponibilidade de diversos programas de cálculo de VIV para estruturas offshore esbeltas facilita a avaliação da vida útil dessas estruturas e reduz o custo de projetos. No entanto, um bom domínio das metodologias adotadas por programas utilizados na indústria e a consciência das limitações correspondentes a diferentes técnicas são fundamentais para que o analista faça uso adequado dessas ferramentas computacionais. Neste sentido, este trabalho faz uma revisão dos diferentes modelos para estimar as forças de VIV devidas à corrente marinha. Para isto, diferentes programas de computador foram utilizados para calcular as vibrações na direção transversal de incidência de corrente, provocadas pelo desprendimento de vórtices em um duto com vão livre. As simulações do comportamento dinâmico da parcela em vão livre do duto foram realizadas utilizando três abordagens...

Modelagem matemática de interação fluido-estrutura utilizando o método da fronteira imersa; Mathematical Modeling of Fluid-Structure Interaction by Using the Immersed Boundary Method

Silva, Alice Rosa da
Fonte: Universidade Federal de Uberlândia Publicador: Universidade Federal de Uberlândia
Tipo: Tese de Doutorado
POR
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46.1%
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...

Estudo numérico do fenómeno de vibração induzida por vórtices num cilindro com 1 grau de liberdade em OpenFoam

Lopes, Ricardo Miguel Valente
Fonte: Universidade Nova de Lisboa Publicador: Universidade Nova de Lisboa
Tipo: Dissertação de Mestrado
Publicado em /03/2015 POR
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126.52%
Esta dissertação tem o intuito de validar o código numérico OpenFoam para problemas de fenómeno de vibração induzida por desprendimento de vórtices num cilindro circular com um grau de liberdade transversal ao escoamento. Na primeira parte é simulado o escoamento em torno de um cilindro circular fixo, e na segunda parte o escoamento em torno do cilindro oscilatório. O número de Reynolds é 200 para todas as simulações e o movimento do cilindro é descrito segundo um sistema massa-mola e massa-mola-amortecedor. Para o movimento do cilindro utilizou-se o solver sixDoFRigidDisplacement e para a resolução de problemas de malha móvel o solver displacementLaplacian. O código numérico utilizado para o caso do cilindro fixo foi pimpleFoam e para o caso do cilindro oscilatório o pimpleDyMFoam. As simulações foram feitas através da resolução das equações de Navier-Stokes num domínio computacional bidimensional. Na simulação do escoamento em redor do cilindro fixo, os coeficientes de arrasto e sustentação e o número de Strouhal foram calculados e comparados com resultados da literatura. Os resultados estão próximos da realidade, no entanto observa-se que a dimensão da malha é muito importante para a precisão dos mesmos. Na simulação do escoamento em torno do cilindro oscilatório foram calculados os coeficientes de arrasto e sustentação e deslocamento do cilindro...

Vibração induzida por vórtices: análise crítica de modelos fenomenológicos. ; Vortex induced vibration: critical analysis of phenomenological models.

Cunha, Leandro Dias
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: application/pdf
Publicado em 05/12/2005 PT
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126.42%
O presente trabalho analisa criticamente um conjunto de resultados sobre a fundamentação, simulação e aplicabilidade de alguns modelos fenomenológicos para Vibração Induzida por Vórtices, ou VIV. São estudados os modelos de Hartlen&Currie, 1970, de Iwan&Blevins, 1975, e de Facchinetti&de Langre&Biolley, 2004. O estudo foi desenvolvido com os propósitos: fundamentar, com base em resultados teóricos e experimentais existente na literatura, a representatividade do fenômeno de VIV através desta classe de modelos; obter resultados da simulação numérica destes modelos para posterior confrontação com dados experimentais disponíveis na literatura; discutir a possibilidade de aplicação destes modelos na prática da engenharia. A fundamentação dos modelos fenomenológicos é obtida do trabalho de Aranha, 2004, que conclui pela possibilidade teórica de representar os fenômeno de VIV através de um conjunto de equações diferenciais simplificadas. Este fato traz embasamento aos modelos fenomenológicos, que partem deste princípio de simplificação e resultam em equações similares àquelas desenvolvidas por Aranha. Para desenvolver a simulação numérica dos três modelos foi idealizado um programa de computação científica capaz de resolver numericamente as equações diferenciais ordinárias dos modelos...

Projeto conceitual de um canal de água circulante para pesquisas de interação fluido-estrutura na UFSC – Campus de Joinville

Busnardo, Eduarda Rosecler
Fonte: Joinville, SC Publicador: Joinville, SC
Tipo: Trabalho de Conclusão de Curso Formato: 81 f.
PT_BR
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56.25%
TCC (graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina. Campus Joinville. Engenharia Naval.; Canais de água circulante são ferramentas essenciais usadas por especialistas na área hidrodinâmica para complementar métodos analíticos e computacionais. Existe uma variedade de instalações de testes que realizam o estudo da interação fluido-estrutura de diferentes modos, sendo estes projetados de acordo com o tipo de experimento hidrodinâmico que se deseja realizar. A instalação de testes almejada pelo cliente, a UFSC – Campus Joinville, é um canal capaz de estudar fenômenos de interação fluido-estrutura, como as Vibrações induzidas por Vórtices (VIV). Todavia, isto não impede que o mesmo seja concebido de forma a possibilitar o emprego para outros tipos de experimentos como, por exemplo, testes de modelos em escala ou análises de comportamento do fluido em diferentes regimes de escoamento. O projeto conceitual deste canal de água circulante recorre à dois métodos para a concepção dos elementos essenciais: um dimensionamento racional de pontos específicos da instalação, em que resultados obtidos podem ser utilizados para uma estimativa de custo de construção; e uma abordagem conceitual, onde a capacidade de adaptação dos componentes procura contornar a dificuldade de dimensionamento. Os canais de água circulante são concebidos em um processo iterativo que deve atender a vários requisitos e restrições e...

Aperfeiçoamento de um modelo analítico para a predição da fadiga devido ao fenômeno de vibração induzida por vórtices em linhas oceânicas

Hannes, Nicole Hepp
Fonte: Joinville, SC Publicador: Joinville, SC
Tipo: Trabalho de Conclusão de Curso Formato: 71 f.
PT_BR
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96.24%
TCC (graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina. Campus Joinville. Engenharia Naval.; Com a expansão da indústria de exploração de óleo e gás offshore surgiu a necessidade de equipamentos que possibilitassem o processo de extração em meios mais extremos. Esse processo acarretou tecnologias que garantissem a funcionalidade de todos os sistemas envolvidos, entre eles os risers. O risco associado a ocorrência de falhas e o custo para implementação e manutenção desses sistemas torna imprescindível o estudo dos mecanismos de falha. No ramo de estruturas oceânicas, grande atenção é dedicada ao estudo de vibrações induzidas por vórtice (VIV), fenômeno de interesse do presente trabalho. Devido a sua alta complexidade, esse fenômeno ainda não é bem compreendido e descrito fisicamente; motivo pelo qual, meios de análise analíticos, numéricos e experimentais, ainda pecarem em relação a predição do mesmo. Levando em consideração a praticidade dos métodos analíticos, quando comparados aos outros modos, este trabalho visou aperfeiçoar um modelo analítico já existente, incorporando a simulação da amplitude de resposta através de uma equação de van der Pol e considerando a massa adicional variável. O modelo...