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Tipo: Dissertação
Título: Estudo do escoamento ao redor de cilindro circular: influência da proximidade ao solo, efeito de vizinhança e da intensidade de turbulência
Autor(es): Rodrigues, Leonardo Luiz Veiga
Primeiro Orientador: Hallak, Patrícia Habib
Membro da banca: Queiroz, Rafael Alves Bonfim de
Membro da banca: Loureiro, Felipe dos Santos
Resumo: 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.
Abstract: Risers, widely used in offshore engineering, are long multilayer tubes designed to transport fluids - such as oil and natural gas - from the seabed to offshore platforms. The seasonality and variation of sea currents over time make it necessary to study different flow regimes and boundary conditions. This work aims to study the effects of flow around the circular cross section of a tube in a two-dimensional computational analysis. Therefore, a study is made on the influence of the Reynolds number and the type of flow, obtaining results for the laminar and turbulent regimes. In the flow around an obstacle, it is interesting to study the characteristics of the vortex shedding and the force coefficient. This phenomenon generates pressure variations on the surface of the structure, causing dynamic efforts that can induce oscillations, vary the drag and lift forces and cause structural failures if the frequency of the vortex shedding approaches one of the natural frequencies of the structure. The analyzes were performed through computational modeling using the computational fluid dynamics software ANSYS c Fluent and then compared with the results of other models in the literature. Initially, simulations were carried out with laminar flows. In these, a study of the influence of the proximity of one riser on the other was also carried out. Thus, the force coefficients are obtained as a function of the distance from one riser to the other and the proportion of the domain asymmetry, respectively. It is observed that, for low distances between the cylinders, there is a region of speed considered null, appearing not to be two bodies, but only one. And, as the cylinders move away, the region narrows, until the second cylinder has a speed profile similar to the first. In addition, the influence of the vertical position of the riser (depth) in relation to the seabed was investigated. It was observed that, when the cylinder was in contact with the seabed, the values of the coefficients varied significantly, as well as the number of Strouhal. Subsequent studies consider turbulent flows. In these simulations, the k − ω SST turbulence model was used. In many cases in the literature, fixed values of turbulence intensity are used for all Reynolds numbers. This work varies this parameter to verify its influence on some aerodynamic coefficients, taking into account the Reynolds number. It was found that fluctuations in the lift coefficient are the most affected by this parameter.
Palavras-chave: 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
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Sigla da Instituição: UFJF
Departamento: Faculdade de Engenharia
Programa: Programa de Pós-graduação em Modelagem Computacional
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Brazil
Licenças Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/12423
Data do documento: 3-Mar-2020
Aparece nas coleções:Mestrado em Modelagem Computacional (Dissertações)



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