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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.3.2016.tde-04022016-183409
Documento
Autor
Nome completo
Felipe Rateiro Pereira
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2014
Orientador
Banca examinadora
Fujarra, André Luís Condino (Presidente)
Assi, Gustavo Roque da Silva
Franciss, Ricardo
Morooka, Celso Kazuyuki
Pesce, Celso Pupo
Título em português
Investigação das vibrações induzidas pela emissão de vórtices em modelos reduzidos de riser lançados em catenária.
Palavras-chave em português
Catenária
Decomposição modal
Experimentos em tanque de provas
Modelos escala reduzida
Riser
Vibração Induzida pela emissão de vórtice
VIV
Resumo em português
O estudo do fenômeno de vibrações induzidas pela emissão de vórtices, ou VIV, em risers é um tópico de grande relevância para a engenharia oceânica. Nos últimos anos, diversos resultados vêm sendo apresentados, numéricos e/ou experimentais, buscando o entendimento dos fundamentos deste fenômeno de interação fluido-estrutural, no entanto, sem um entendimento conclusivo e abrangente. Neste contexto, risers também estão sujeitos à ação de correntezas oceânicas e, consequentemente, ao fenômeno de VIV. Neste sentido, o presente estudo traz resultados de uma abordagem experimental para o entendimento do fenômeno de VIV em risers lançados em catenária, configuração que representa grande parte das geometrias adotadas em lançamentos atuais. No entanto, a realização de experimentos com risers em tanque de provas pressupõe a utilização de modelos reduzidos, o que, por si só, representa um grande desafio de pesquisa. Para tanto, desenvolveu-se uma metodologia para a modelagem de risers em escala reduzida, com foco na similaridade entre parâmetros importantes que garantam um comportamento dinâmico equivalente àquele em escala real. Foram, então, realizados experimentos de VIV com catenárias concebidas e construídas com base nesta metodologia, posteriormente ensaiadas em tanque de reboque. Para análise dos resultados, foram utilizadas técnicas como a decomposição modal, que possibilitou a comparação desses com alguns resultados da literatura, mostrando que o fenômeno de VIV na catenária se processa de maneira bastante semelhante ao identificado nos cilindros flexíveis. Além disso, a extensa base de dados experimentais apresentada e discutida nesta tese contribui para futura validação de diversos modelos matemáticos e códigos numéricos de predição do VIV em catenárias, descrevendo com detalhes inúmeros comportamentos imersos neste problema importante de engenharia.
Título em inglês
Vortex-induced vibration investigations in small-scale catenary riser model.
Palavras-chave em inglês
Catenary
Modal decomposition
Model tests
Riser
Small-scale model
Towing-tank
VIV
Vortex-induced vibrations
Resumo em inglês
The study of Vortex-induced vibrations in risers is a topic of great relevance in the context of ocean engineering. In recent years, several numerical and experimental results have been presented, addressing the understanding of the fundamentals of this fluid-structure interaction phenomenon, however without a conclusive and comprehensive understanding. In this context, risers are exposed to the action of ocean currents and consequently to the phenomenon of VIV. In this sense, the present study provides results of an experimental approach to understanding the VIV phenomenon on risers launched in catenary configuration, which represents much of the geometries adopted today. However, performing risers experiments in towing-tanks presupposes the use of small-scale models, which represents a major research challenge. Therefore, a methodology for modeling reduced scale risers was developed. The focus of this methodology was on the similarity between certain important parameters that guarantee an equivalent full-scale dynamic behavior. VIV experiments were then performed in the towing tank, with the designed and constructed catenary, based on this methodology. Techniques such as modal decomposition were used for the analysis of the results. This allows the comparison of the results with classical literature paradigms showing that VIV response in the catenary is close to results obtained with flexible cylinders. Furthermore, the large experimental database presented and discussed in the study may contribute to future validation of several mathematical models and numerical codes of VIV prediction in catenary risers, describing in detail several immersed behaviors in this important engineering problem.
 
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Data de Publicação
2016-02-18
 
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