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Vibração induzida por vórtices em cilindros flutuantes com baixa razão de aspecto e diferentes condições de geometria na extremidade imersa.

Gambarine, Dênnis Maluf

Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP; Universidade de São Paulo; Escola Politécnica 2016-11-29

Acesso online. A biblioteca também possui exemplares impressos.

  • Título:
    Vibração induzida por vórtices em cilindros flutuantes com baixa razão de aspecto e diferentes condições de geometria na extremidade imersa.
  • Autor: Gambarine, Dênnis Maluf
  • Orientador: Fujarra, André Luís Condino
  • Assuntos: Baixa Razão De Aspecto; Cilindros Flutuantes; Geometria Da Extremidade Imersa; Vibrações; Vórtice Dos Fluídos; Floating Cylinders; Free End Shape; Low Aspect Of Ratio; Vortex-Induced Vibrations
  • Notas: Dissertação (Mestrado)
  • Notas Locais: Programa Engenharia Naval e Oceânica
  • Descrição: O crescimento da exploração do petróleo e gás em águas ultraprofundas fez com que a demanda por unidades flutuantes crescesse e, com isso, aumentasse a ocorrência do fenômeno de Movimentos Induzidos por Vórtices (ou VIM, de Vortex-Induced Motions) que age em plataformas com casco cilíndrico, como é o caso das monocolunas e spars. Efeito natural desse aumento nas ocorrências foi um maior interesse pelo fenômeno de VIM, simplificadamente investigado em cilindros lisos e curtos como os utilizados nesta pesquisa. A fim de contribuir com o conhecimento dos fundamentos fluido-dinâmicos nesta área, foram investigados quatro diferentes cilindros flutuantes de baixa razão de aspecto, todos caracterizados pelo valor típico de L/D = 2 (comprimento imerso por diâmetro, onde L= 250 mm e D= 125 mm), mas com diferentes condições de arredondamento da extremidade imersa, estas caracterizadas por quatro razões distintas entre o raio de adoçamento e o raio do cilindro, especificamente r/R= 0,00; 0,25; 0,50 e 1,00. Com este objetivo de observar a resposta dos cilindros curtos sob efeito dos vórtices gerados em diferentes formatos de extremidade imersa, experimentos foram realizados no tanque de provas do Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de S~ao Paulo (IPT), compreendendo velocidades de reboque entre 0,024 a 0,154 m/s, ou seja, uma faixa de números de Reynolds entre 3.300 e 19.200. Os resultados de amplitude adimensional de resposta observados na direção transversal mostram influência moderada das modificações na extremidade imersa, ligeiramente mais acentuadas no modelo com razão de arredondamento de r/R=0,25, sendo que para este caso, as amplitudes máximas ficaram abaixo daquelas exibidas pelos demais modelos, com uma tendência geral de queda para as velocidades de reboque mais altas. A variação da geometria da extremidade imersa também influenciou moderadamente os resultados de amplitude adimensional de resposta na direção longitudinal, onde o modelo com r/R=1,00 apresentou menores amplitudes nas velocidades mais altas. Por outro lado, a razão entre as frequências de resposta e as frequências naturais de referência mostraram comportamentos típicos, semelhantes aos encontrados em análises de VIV de cilindros longos montados em suportes elásticos com dois graus de liberdade. Além disso, a observação dos movimentos dos modelos no plano da superfície livre não indicaram mudanças significativas nas trajetórias em função do arredondamento da extremidade livre. No tocante aos coeficientes de força (arrasto e sustentação), as comparações entre os modelos foram semelhantes, mas os coeficientes para o cilindro sem chanfro (r/R=0) mostraram-se maiores para grande parte das velocidades ensaiadas. Para o modelo com r/R=1,00, as força (arrasto e sustentação não se mostraram com a mesma intensidade do que aquelas nos demais modelos, o que, desta forma, se refletiu nos menores valores de coeficiente encontrados. Sob uma ótica geral, os resultados levam a crer que o modelo fluido responsável pelas oscilações nos cilindros com L/D = 2 não tem relação com a existência de vórtices de ponta e aresta, mas com a emissão de vórtices em forma de arco.
  • DOI: 10.11606/D.3.2017.tde-03032017-140655
  • Editor: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP; Universidade de São Paulo; Escola Politécnica
  • Data de criação/publicação: 2016-11-29
  • Formato: Adobe PDF
  • Idioma: Português
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