A CFD investigation on the flow around a low aspect ratio vertical cylinder:: modeling free surface and turbulent effects (2019)
- Authors:
- Autor USP: LOPES, PEDRO PALUDETTO SILVA DE PAULA - EP
- Unidade: EP
- Sigla do Departamento: PNV
- Subjects: TURBULÊNCIA; DINÂMICA DOS FLUÍDOS COMPUTACIONAL; ESCOAMENTO
- Agências de fomento:
- Language: Inglês
- Abstract: O escoamento ao redor de corpos rombudos é um tópico essencial na dinâmica de fluidos. O escoamento é caracterizado por regiões com grande vorticidade que se separam do corpo e causam oscilações das forças de arrasto e sustentação sobre a estrutura. O escoamento ao redor de cilindros longos é um tema que tem sido extensivamente estudado com muitos trabalhos encontrados na literatura. Entretanto, o cilindro com baixa razão de aspecto perfurante à superfície livre é um caso pouco estudado, apesar desta estrutura ser encontrada em várias estruturas oceânicas flutuantes. Esta dissertação apresenta cálculos numéricos para o escoamento ao redor de um cilindro fixo, que trespassa a superfície livre com razão de aspecto L/D igual a 2. O problema é estudado em um regime subcrítico de turbulência, com número de Reynolds igual a 4:3 x 104. Uma vasta metodologia de verificação e validação foi seguida para avaliar a confiabilidade dos resultados obtidos numericamente. Para investigar os efeitos da superfície livre nas cargas hidrodinâmicas, duas abordagens s~ao consideradas: condição de simetria de duplo corpo e um método de captura de interface Volume of Fluid. Além disso, dois modelos de turbulência foram investigados: o modelo não linear Explicit Algebraic Reynolds Stress Model (EARSM), e o modelo de turbulência Improved Delayed Detached Eddy Simulation (IDDES). Os resultados relacionados aos coeficientes de arrasto e sustentação são apresentados a partir de análise estatística, complementados através de ilustrações que permitem visualizar os campos de escoamento e pressão. Com base nos resultados de casos em que a superfície livre é modelada com uma condição de contorno de simetria, conclui-se que o modelo de turbulência não é adequado para este tipo de escoamento, pois o modelo amortece adinâmica do escoamento devido à superprodução de viscosidade turbulenta. Consequentemente, as oscilações na força de sustentação não são capturadas usando este modelo. Entretanto, resultados dos campos médios do escoamento mostram-se concordantes com imagens experimentais obtidas com técnicas de PIV - Particle Image Velocimetry. Resultados do caso modelado com o modelo de turbulência EARSM mostram melhores concordâncias na comparação dos parâmetros estatísticos com experimentos do que o modelado com o modelo EARSM. Nos casos em que a superfície livre é modelada com o método VoF, o modelo de turbulência EARSM mostra resultados semelhantes para o arrasto, enquanto as flutuações da sustentação apresentam-se uma ordem de grandeza menores, quando comparadas ao caso de duplo corpo. Resultados usando o modelo de turbulência IDDES e VoF apresentam melhores comparações aos resultados experimentais, tanto para os parâmetros estatísticos quando para as visualizações do escoamento.
- Imprenta:
- Data da defesa: 22.01.2019
-
ABNT
LOPES, Pedro Paludetto Silva de Paula. A CFD investigation on the flow around a low aspect ratio vertical cylinder:: modeling free surface and turbulent effects. 2019. Dissertação (Mestrado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2019. Disponível em: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3135/tde-15042019-083636/. Acesso em: 19 abr. 2024. -
APA
Lopes, P. P. S. de P. (2019). A CFD investigation on the flow around a low aspect ratio vertical cylinder:: modeling free surface and turbulent effects (Dissertação (Mestrado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3135/tde-15042019-083636/ -
NLM
Lopes PPS de P. A CFD investigation on the flow around a low aspect ratio vertical cylinder:: modeling free surface and turbulent effects [Internet]. 2019 ;[citado 2024 abr. 19 ] Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3135/tde-15042019-083636/ -
Vancouver
Lopes PPS de P. A CFD investigation on the flow around a low aspect ratio vertical cylinder:: modeling free surface and turbulent effects [Internet]. 2019 ;[citado 2024 abr. 19 ] Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3135/tde-15042019-083636/
How to cite
A citação é gerada automaticamente e pode não estar totalmente de acordo com as normas
