Modelos reduzidos para a análise dos diferentes regimes do escoamento ao redor de um cilindro

• Processo: 11/23492-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Vigência (Início): 01 de abril de 2012
• Vigência (Término): 30 de junho de 2012
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Fenômenos de Transportes
• Pesquisador responsável: José Augusto Penteado Aranha
• Beneficiário: Iago de Carvalho Barbeiro
• Instituição Sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Assunto(s): Mecânica dos fluidos Vibrações induzidas por vórtices
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Dinâmica de Fluidos Computacional | Escoamento ao redor de um cilindro | Estruturas coerentes | Rota para turbulência | Vibrações induzidas por vórtices | Mecânica de Fluidos

Resumo

Este estudo trata o escoamento ao redor de um cilindro circular na faixa que vai desde o seu regime estacionário até o aparecimento dos primeiros traços caóticos no seu comportamento. O objetivo é estudar a natureza das transições sofridas pelo escoamento enxergando-o como um sistema dinâmico que passa por bifurcações com o aumento do seu parâmetro de controle, o número de Reynolds.A metodologia proposta considera o fenômeno como uma reduzida composição de estruturas coerentes ou modos que interagem dinamicamente com o meio exterior e entre si. Essas estruturas fazem parte do espectro do operador de Navier-Stokes linearizado e são identificadas em soluções oscilatórias obtidas com a integração numérica das equações. O comportamento linear dos modos identificados é definido pela sua estabilidade e pelo seu caráter oscilatório e descreve a sua interação individual com o meio exterior. A sequência é dada pela projeção da equação de Navier-Stokes nas bases de modos identificados, dando origem aos modelos reduzidos não lineares do fenômeno.A integração numérica dos modelos reduzidos é bastante simples e permite avaliar a interação não linear entre os modos, elucidando os mecanismos por trás do comportamento assintótico das soluções. Mas a utilidade dos modelos vai além da compreensão teórica do fenômeno e pode chegar às aplicações práticas da engenharia, onde calculadores simplificados para o escoamento ao redor de corpos rombudos são importantes ferramentas de dimensionamento e projeto de estruturas. Um exemplo marcante na engenharia nacional vem da indústria petrolífera, que é obrigada a avançar continuamente a sua capacidade de exploração em alto mar, onde as gigantescas estruturas de exploração devem resistir às fortes correntes da nossa costa sofrendo com o fenômeno das vibrações induzidas por vórtices.