Abstract:
Neste trabalho foi estudado o escoamento bidimensional de um fluido
incompressível ao redor de um cilindro em movimento forçado. Foram analisados os
fenômenos que ocorrem nos escoamentos em torno de estruturas cilíndricas
submetidas a uma oscilação periódica utilizando a técnica de Simulação Numérica
Direta. As equações que descrevem o escoamento são as equações de NavierStokes
e a equação da continuidade, que são discretizadas em uma malha
cartesiana. O Método de Runge-Kutta de terceira ordem, com armazenamento
reduzido, foi usado para a discretização temporal, e um esquema de diferenças
finitas de sexta ordem, na discretização espacial das equações. O cilindro é
representado através do Método de Fronteiras Virtuais. Foram simuladas, para um
número de Reynolds igual a 400, as trajetórias, transversal e em oito, variando as
amplitudes, horizontal e vertical de movimento. O cálculo das médias temporais dos
coeficientes de arrasto e sustentação bem como o estudo do padrão da esteira de
vórtices permitiu a análise das variações no escoamento em função das amplitudes
horizontal e vertical de deslocamento. Nas trajetórias transversais observou-se o
padrão 2S, com exceção da amplitude de 0,55D, que apresentou padrão 2P. As
simulações em oito apresentaram o padrão 2P na maioria dos casos e para algumas
amplitudes não foi observado padrão periódico de desprendimento de vórtices.
This work aims to study a two-dimensional incompressible flow around a cylinder in
forced movement in order to understand the phenomena that occur in cylindrical
structures under periodic oscillation using the Direct Numerical Simulation technique.
The simulations were taken using the computational code named Incompact3d. It
was used the Reynolds Number as 400 in all simulations. The trajectories transversal
and eight shapes were simulated for a range of displacement amplitude. The NavierStokes
and continuity equations were used to discretize the flow in a Cartesian
mesh. It was used the third-order Runge-Kutta scheme with low-storage for the passtime
and the body was represented by the virtual boundary method. The temporal
mean of the drag and lift coefficients and vortex shedding mode were computed. The
results show large variations of the mean lift coefficient with the amplitude
displacement for all trajectories, and so altering the vortex shedding mode. The 2S
mode was observed for simulations with transversal trajectories, except for amplitude
of 0.55D, which presented the 2P mode. Simulations with eight trajectory presented
2P mode in most cases, and for certain amplitudes the periodic shedding modes
were not observed.
