Autor: Rafael Almeida Goncalves (Currículo Lattes)
Resumo
Neste trabalho são apresentadas análises numéricas do fenômeno de Vibração Induzida por Vórtices (VIV) que ocorrem na interação entre escoamentos uniformes e cilindros apoiados em base elástica a baixos números de Reynolds. As simulações são realizadas através do modelo numérico Ifeinco, que usa o método semi-implícito de Taylor-Galerkin de dois passos para discretizar as equações de Navier-Stokes e uma formulação Lagrangeana-Euleriana Arbitrária (ALE). O movimento de corpo rígido do cilindro é descrito pelo uso do método de Newmark. Primeiramente, foram realizadas análises de convergência em relação ao tamanho do domínio computacional, adotando-se um tamanho de 100D (onde D é o diâmetro do cilindro). Após, é analisado o comportamento do escoamento para o cilindro fixo na faixa de número de Reynolds entre 90 e 140, onde é estudada a formação de vórtices e analisada a distribuição de pressão e tensão na superfície do cilindro, o ângulo de separação, as forças de arrasto e de sustentação e o número de Strouhal. Em todos os casos, os resultados obtidos pelo Ifeinco ficaram muito próximos aos obtidos experimentalmente e numericamente por outros autores. As diferenças observadas nas comparações de números de Strouhal, forças de arrasto e sustentação foram respectivamente de 0,16%, 0,32% e 0,51%. Posteriormente é realizada a análise do cilindro apoiado em base elástica (com uma mola e um amortecedor) na direção transversal ao escoamento para os mesmos Reynolds já mencionados. São estudados os campos de pressão e velocidade ao redor do cilindro, as forças de sustentação e arrasto e as amplitudes e frequências de vibração. Foram analisadas a amplitude e a frequência de vibração na zona de ressonância ou de sincronização (lock-in), comparando-se os resultados obtidos com os de outros autores. Observaram-se comportamentos muito semelhantes entre os resultados obtidos pelo Ifeinco e os experimentais e numéricos.