Movimento Induzido pelo Escoamento em arranjos de cilindros de seção circular ou quadrada em baixos números de Reynolds

Abstract

O Movimento Induzido pelo Escoamento (FIM) surge da interação entre o fluido e estruturas flexíveis ou suportadas elasticamente, tornando-se um fator crítico nos estágios iniciais do projeto de engenharia. Este estudo explora experimentalmente o fenômeno FIM utilizando modelos ultra-reduzidos no Canal de Água Circulante (CAC) do Laboratório de Interação Fluído-Estrutura (LIFE) da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Campus Joinville, com o objetivo de selecionar arranjos de colunas em Plataformas Semissubmersíveis (SSP) de Petróleo e Gás (O&G) e em Turbinas Eólicas Offshore Flutuante (FOWT) do tipo Semissubmersíveis (SS). Os experimentos envolveram configurações de três e quatro cilindros com seções transversais circulares e quadradas e razões de espaçamento, S/L de 2, 3 e 4, onde S representa a distância entre os centros dos cilindros e L a largura da face externa do cilindro. Os testes foram realizados em ângulos de ataque de 0, 45, 90 e 180 graus. Cada configuração com razão de aspecto, T/L, de 2, onde T é o calado, e massas reduzidas, m∗ ≈ 1,83. O estudo abrangeu números de Reynolds baixos, Re, variando de 598 a 1318, em sete velocidades de escoamento diferentes. Os deslocamentos nas direções transversais e longitudinais foram capturados usando um Sistema de Captura de Movimento (MCS), permitindo o cálculo de amplitudes e frequências adimensionais por intermédio de análise estatística e de Transformada Rápida de Fourier (FFT). Os resultados indicaram que as razões de espaçamento de S/L = 3 e 4 apresentam maiores amplitudes transversais ocorrendo em velocidades reduzidas, VR acima de 7, 5 para seções circulares e entre 10 e 12 para seções quadradas. As seções circulares geralmente exibiram amplitudes maiores na maioria das faixas de velocidade reduzidas, com amplitudes longitudinais significativamente menores que as transversais para ambos os tipos de seção. As descobertas confirmam que o teste de baixos números de Reynolds é um método eficiente, econômico e rápido para avaliar arranjos de cilindros de SSP de O&G e FOWT do tipo SS, fornecendo dados robustos para validar modelos computacionais de dinâmica de fluidos.