Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11422/13685
Type: Tese
Title: Estruturas de seção circular sob ação de vento via simulação numérica de alta delidade
Other Titles: Circular structures under wind action by high-fidelity numerical simulation
Author(s)/Inventor(s): Santos, Marcela Lima
Advisor: Pfeil, Michèle Schubert
Co-advisor: Coutinho, Alvaro Luiz Gayoso de Azeredo
Abstract: Estruturas esbeltas de torres e chaminés comumente apresentam seções transversais circulares e estão, recorrentemente, submetidas a ação do vento capaz de induzir signi cativas vibrações à estrutura devido ao fenômeno de desprendimento de vórtices. Portanto, é de fundamental importância compreender como o escoamento se desenvolve em torno da estrutura. Nesta perspectiva, o presente estudo focaliza o desenvolvimento de simulações numéricas de alta delidade do escoamento em torno de estruturas de seção circular rígidas xas. Inicialmente, é estudado um caso de estrutura troncocônica sob regime transicional, de laminar para turbulento, e os resultados são comparados com resultados numéricos disponíveis na literatura. Em sequência são desenvolvidos uma série de 8 casos considerando dois tipos de geometria, cilíndrica e troncocônica, sob diferentes condições de escoamento permanente e transiente. A con guração de per l de velocidade de vento é admitida como uniforme e cisalhante, a elevados números de Reynolds; alguns casos são comparados com resultados experimentais disponíveis na literatura. A solução das equações de Navier-Stokes incompressíveis em 3D é obtida pela Dinâmica dos Fluidos Computacional 3D (CFD), via método dos elementos nitos, considerando o modelo de turbulência LES de Smagorinsky. Os resultados enfatizam os efeitos tridimensionais decorrentes da variação de velocidade do vento incidente e do diâmetro do cilindro ao longo da altura além do efeito de topo nas características do escoamento relativas ao fenômeno de desprendimento de vórtices. Estes efeitos são revelados em função de um parãmetro adimensional proposto para este m, o qual expressa a magnitude dos citados gradientes.
Abstract: Slender structures of towers and chimneys commonly have circular cross-sections and are repeatedly subjected to wind action capable of inducing signi cant vibrations to the structure due to the phenomenon of vortex detachment. The cylindrical or tapered structures are more susceptible to this phenomenon than those with great cross-section variation. Therefore, it is of fundamental importance to understand how the ow develops around the structure. In this perspective, the present study focuses on the development of high delity numerical simulations of the ow around rigid xed circular structures. Initially, a case of tapered structure under a transitional regime, from laminar to turbulent, is studied, and the results are compared with numerical results available in the literature. In sequence, a series of 8 cases are developed considering two types of geometry, cylindrical and tapered, under di erent conditions of permanent and transient ow. The wind speed pro le con- guration is admitted as uniform and shear, at high Reynolds numbers; some cases are compared with experimental results available in the literature. The solution of the incompressible Navier-Stokes equations in 3D is obtained by 3D Computational Fluid Dynamics (CFD), using the nite element method, considering Smagorinsky’s LES turbulence model.The results emphasize the three-dimensional e ects from the variation of the incident wind velocity and the diameter along the height as well as the top e ect on the ow characteristics related to the vortex shedding phenomenon. These e ects are revealed as a function of a dimensionless parameter proposed for this purpose, which expresses the magnitude of these gradients.
Keywords: Desprendimentos de vórtices
Seção circular
Células de vórtices
Fluido Dinâmica Computacional
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil
Production unit: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Jun-2019
Publisher country: Brasil
Language: por
Right access: Acesso Aberto
Appears in Collections:Engenharia Civil

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