Estudos experimentais e analíticos das vibrações induzidas pela emissão de vórtices em cilindros flexíveis e rígidos.

Autor(es)

André Luís Condino Fujarra

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: São Paulo.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Escola Politécnica (EP/BC)
• Data de defesa: 2002-06-14

Membros da banca

Celso Pupo Pesce; Antonio Carlos Fernandes; Julio Romano Meneghini; Mauro Costa de Oliveira

• Orientador: Celso Pupo Pesce

Resumo

A presente tese apresenta resultados das investigações experimentais e analíticas acerca do fenômeno de Vibrações Induzidas pela Emissão de Vórtices - VIV em cilindros circulares imersos em água. As investigações foram conduzidas com o propósito de aumentar a compreensão sobre o mecanismo de acoplamento das oscilações transversais e longitudinais ao escoamento, bem como o de investigar a fluido-dinâmica envolvida no patamar de resposta ressonante, típico de cilindros com baixo coeficiente de massa-amortecimento reduzido. A importância de tais problemas para o cenário da indústria \"offshore\", onde agrupamentos de \"risers\" são instalados a partir de sistemas flutuantes de produção, foi exemplificada e constitui a prévia motivação para o presente trabalho. Buscando atingir o primeiro objetivo, dois arranjos experimentais foram construídos: Experimento I, a partir de um cilindro flexível engastado e ensaiado nos canais de água circulante com baixa turbulência das Universidades de Michigan e de Cornell; e Experimento II, a partir de um cilindro rígido engastado, elasticamente montado em um transdutor com dois graus de liberdade e ensaiado no tanque de provas do Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo - IPT. Com base nestes experimentos, oscilações acopladas de grande amplitude foram claramente identificadas e sua relação com a assimetria estrutural sugerida. Resultados de massa adicional variável com a velocidade do escoamento também foram obtidos, em concordância com resultados de outros autores, estes obtidos a partir de simulações numéricas e distintos arranjos experimentais. ) Por sua vez, a busca pelo segundo objetivo se desenvolveu a partir de Estudos Analítico-Experimentais, com uma releitura das abordagens fenomenológicas, mostrando que a interpretação consistente de parâmetros hidrodinâmicos escritos como função da velocidade reduzida, tais como a massa adicional, o amortecimento fluido e a força de sustentação, representa papel essencial na melhoria de modelos analíticos baseados em osciladores do tipo Van der Pol. Tais estudos permitiram uma melhor predição do fenômeno de VIV e identificaram o mecanismo fluido-dinâmico governando o patamar de resposta ressonante. Um mérito adicional do presente trabalho é a efetiva colaboração com outras instituições nacionais e internacionais de pesquisa. O intercâmbio científico contribuiu para dar maior consistência, confiabilidade e considerável originalidade aos resultados. (AU)

• Processo FAPESP: 98/00271-2 - Estudo de um modelo flexivel (de um cilindro), montado sobre molas e submetido ao fenomeno de vibracoes induzidas por vorticidade.
• Beneficiário: André Luís Condino Fujarra
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado