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

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2008

RESUMO

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, bem como os tipos de esteira atrás do cilindro, são também apresentadas. Para o caso de interação fluido-estrutura foram analisadas as respostas do cilindro em função da velocidade reduzida, bem como a série temporal dos deslocamentos do cilindro nas respectivas direções longitudinal e transversal. Verificou-se que o movimento de rotação pode amenizar e até suprimir o processo de geração de vórtices de acordo com a rotação específica. Nos resultados com rotação-oscilação foram obtidos os modos de geração de vórtices 2S, 2P e P+S, e ainda, esteiras de forma elípticas. Através da análise dos resultados obtidos, verifica-se que os ramos de respostas obtidos estão em concordância com o que se espera para simulações bidimensionais. De modo geral, os resultados apresentados concordam bem com os dados numéricos e experimentais encontrados na literatura.

ASSUNTO(S)

engenharia mecanica método da fronteira imersa fluid mechanics imposed motion interação fluído-estrutura modelo físico virtual fluid-structure interaction virtual physical model movimento imposto mecânica dos fluidos immersed boundary method

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