Estudo e análise de vibração induzida por vórtices em um cilindro circular

Abstract

A vibração de estruturas induzidas por vórtices é de interesse tecnológico em diversos campos da engenharia. É um caso típico de interação fluido-estrutura observados principalmente em escoamentos ao redor de corpos rombudos. Até hoje, sabe-se muito pouco da interação fluido-estrutura, e as regras de concepção e projeto dessas estruturas são baseadas em um conjunto limitado de resultados experimentais. O objetivo da proposta é estudar, através de simulações numéricas da dinâmica dos fluidos, o comportamento do problema de vibração induzida por vórtices em um cilindro rígido em condição de escoamento livre para vibrar na direção transversal ao escoamento. Para tanto, utilizou-se o Nek5000, um código de dinâmica de fluidos computacional de elementos espectrais altamente escalável para resolver as equações de Navier-Stokes e calcular os coeficientes aerodinâmicos em um cilindro circular para diferentes números de Reynolds.

Vortex-induced vibration of structures is of technological interest in several engineering fields. It is a typical case of fluid-structure interaction observed mainly in flows around blunt bodies. Until today, not much is known about fluid-structure interaction, and the conception and design rules of these structures are based on a limited set of experimental results. The aim of this proposal is to study, through numerical fluid dynamics simulations, the behavior of the vortex-induced vibration problem in a rigid cylinder under free-flow conditions vibrating in the direction transverse to the flow. For this purpose, Nek5000, a highly scalable spectral element computational fluid dynamics code, was used to solve the Navier-Stokes equations and calculate the aerodynamic coefficients in a circular cylinder for different Reynolds number.