Estudo do escoamento ao redor de cilindro circular: influência da proximidade ao solo, efeito de vizinhança e da intensidade de turbulência

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Rodrigues, Leonardo Luiz Veiga
• Orientador(a): Hallak, Patrícia Habib
• Banca de defesa: Queiroz, Rafael Alves Bonfim de , Loureiro, Felipe dos Santos
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-graduação em Modelagem Computacional
• Departamento: Faculdade de Engenharia
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Dinâmica dos fluidos computacional; Escoamento laminar; Escoamento turbulento; Efeito solo; Efeito vizinhança; Risers de petróleo; Computational fluid dynamics; Laminar flow; Turbulent flow; Seabed effect; Neighborhood effect; Risers
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
• Link de acesso: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/12423

Os risers, amplamente utilizados na engenharia offshore, são longos tubos com multicamadas projetados para transportar fluidos - como petróleo e gás natural - do fundo do mar para as plataformas marítimas. A sazonalidade e variação das correntes marítimas ao longo do tempo tornam necessário o estudo de diferentes regimes de escoamento e de condições de contorno. Este trabalho tem por objetivo estudar os efeitos do escoamento em torno da seção transversal circular de um tubo em uma análise computacional bidimensional. Portanto, é feito um estudo sobre a influência do número de Reynolds e do tipo de fluxo, obtendo-se resultados para os regimes laminar e turbulento. No escoamento ao redor de um obstáculo é interessante o estudo sobre as características do desprendimento cadenciado de vórtices e dos coeficientes de força. Esse fenômeno gera variação de pressão na superfície da estrutura, causando esforços dinâmicos que podem induzir oscilações, variar as forças de arrasto e sustentação e causar falhas estruturais se a frequência do desprendimento de vórtice se aproximar de uma das frequências naturais da estrutura. As análises foram realizadas através da modelagem computacional usando o software de dinâmica de fluidos computacional ANSYS c Fluent e, em seguida, comparados com os resultados de outros modelos na literatura. Inicialmente, foram realizadas simulações com escoamentos laminares. Nestas, foi realizado também um estudo da influência da proximidade de um riser sobre o outro. Assim, os coeficientes de força são obtidos em função da distância de um riser ao outro e da proporção da assimetria do domínio, respectivamente. Observa-se que, para baixas distâncias entre os cilindros, existe uma região de velocidade considerada nula, parecendo não serem dois corpos, mas apenas um. E, a medida que os cilindros se afastam, a região se estreita, até o segundo cilindro ter o perfil de velocidade semelhante ao primeiro. Além disso, a influência da posição vertical do riser (profundidade) em relação ao leito marítimo foi investigada. Observou-se que, quando o cilindro estava em contato com fundo do mar, os valores dos coeficientes variaram significativamente, assim como o número de Strouhal. Estudos subsequentes consideram escoamentos turbulentos. Nestas simulações, foi empregado o modelo de turbulência k − ω SST. Em muitos casos da literatura, são utilizados valores fixos de intensidade de turbulência para todos os números de Reynolds. Este trabalho varia esse parâmetro para verificar sua influência em alguns coeficientes aerodinâmicos, levando em consideração o número de Reynolds. Foi constatado que as flutuações do coeficiente de sustentação são as mais afetadas por este parâmetro.