Análise por simulação numérica do escoamento ao redor de um cilindro movendo-se em trajetórias transversal e em oito

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 Navier- Stokes 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 Navier- Stokes 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.