Estudo numérico de interação fluido-estrutura considerando um escoamento laminar de um fluido viscoplástico sobrecorpo sólido submerso

Abstract

Movimentos de massa, ou corridas detríticas, configuram riscos e alertas no que tangem a discussão sobre catástrofes naturais. Regiões vulneráveis podem ser violentamente atingidas e, quando vidas humanas estão no cerne desta problemática, a busca por soluções preventivas é inevitável. Visto que a força motriz do escoamento atuante pode arrastar sedimentos, torna-se imprescindível conhecer a relação entre o escoamento e o corpo sólido submergido. Assim, este trabalho compreende o estudo numérico de um escoamento de superfície livre, sobre plano inclinado, regido pela aceleração gravitacional, de um fluido viscoplástico sobre um corpo sólido fixo. A simulação computacional é realizada em OpenFOAM, usando o modelo VOF (volume de fluido) para configuração de escoamento bifásico de um fluido Herschel-Bulkley biviscoso. Nesse contexto, avalia-se a magnitude das forças viscosas e de pressão, bem como a razão entre os coeficientes de arrasto e sustentação, atuantes no corpo sólido submerso. Funções de aproximação são inseridas aos dados obtidos com o objetivo de prever as imposições trazidas ao obstáculo pelo escoamento.

Mass movements, or debris flow, constitute risks and warnings regarding the discussion of natural catastrophes. Vulnerable regions can be violently hit and, when human lives are at the center of this problem, the search for preventive solutions is inevitable. Since the driving force of the acting flow can drag sediments, it is essential to know the relationship between the flow and the submerged solid body. Thus, this work comprises the numerical study of a free surface flow, on an inclined plane, governed by gravitational acceleration, of a viscoplastic fluid over a fixed solid body. The computer simulation is performed in OpenFOAM, using the VOF (volume of fluid) to configure the two-phase flow of a bi-viscous Herschel-Bulkley fluid. In this context, the magnitude of viscous and pressure forces is evaluated, as well as the ratio between drag and lift coefficients, acting on the submerged solid body. Approximation functions are added to the obtained data in order to predict the impositions brought to the obstacle by the flow.