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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.85.2018.tde-23122020-150044
Document
Author
Full name
Rafael Sant'Anna Pinto de Almeida
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2018
Supervisor
Committee
Rocha, Marcelo da Silva (President)
Burr, Karl Peter
Luvizotto Junior, Edevar
Title in Portuguese
Modelo numérico para cálculo do Transitório Hidráulico e Interação Fluido-Estrutura em sistemas de transporte de fluidos
Keywords in Portuguese
Interação Fluido-Estrutura
Método das Características
modelo numérico
Transitórios Hidráulicos
Abstract in Portuguese
Sistemas de transporte de fluidos são largamente utilizados na engenharia e estão frequentemente sujeitos a manobras que podem provocar grandes flutuações de pressões, denominados Transitórios Hidráulicos. A severidade, assim como os danos causados pelos Transitórios Hidráulicos podem ser tais que reclamam a atenção dos projetistas de transporte de fluidos na fase de dimensionamento do sistema. A análise e compreensão dos transitórios hidráulicos são muito importantes para a engenharia, demandando o desenvolvimento de ferramentas (códigos computacionais específicos) para tal. Este trabalho trata do estudo dos transitórios hidráulicos e do desenvolvimento de um código numérico computacional para simular transitórios hidráulicos com Interação Fluido-Estrutura unidimensionais em sistemas de tubulações de transporte de fluidos. Os problemas de Interação Fluido-Estrutura considerados neste trabalho são problemas de valor inicial e de contorno, caracterizados por um sistema de equações diferenciais parciais hiperbólicas que descrevem, simultaneamente, a propagação de ondas de pressão no líquido e de ondas de esforços axiais. O método de resolução do sistema de equações diferenciais parciais hiperbólicas é o Método das Características associado a um procedimento de diferenças finitas e um método de interpolações lineares. O procedimento numérico proposto é validado contra dados experimentais disponíveis na literatura para um sistema composto por um reservatório com nível constante à montante, um tubo reto e uma válvula acoplada à jusante, podendo a mesma estar rigidamente fixa ou livre para movimentar-se.
Title in English
Numerical model for calculation of Hydraulic Transient and Fluid-Structure Interaction in fluid transport systems
Keywords in English
Fluid-Structure Interaction
Hydraulic Transients
Method of Characteristics
numerical model
Abstract in English
Fluid transport systems are widely used in engineering and are often subject to maneuvers that can cause large pressure fluctuations, called Hydraulic Transients. The phenomenon severity, as well as its damage, may be such that they demand the attention of the fluid transport designers during the design phase of the project. The analysis and understanding of Hydraulic Transients are very important for the engineering, demanding the development of tools (specific computational codes) for such. This work deals with the study of Hydraulic Transients and the development of a computational numerical code, to simulate Hydraulic Transients with Fluid-Structure Interaction (one-dimension) in systems of pipes of transport of fluids. The Fluid-Structure Interaction problems considered here are of initial value and boundary type problems characterized by a system of hyperbolic partial differential equations that simultaneously describe the propagation of pressure waves in the fluid and of axial stress waves in the structure. The Method of Characteristics was used for solving the hyperbolic partial differential equations system, associated with finite differences and linear interpolations procedures. The proposed numerical procedure was validated against experimental data available in the literature for a system composed of a reservoir with upstream constant level, a straight pipe and a valve coupled downstream, which can be rigidly fixed or free to move.
 
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2018AlmeidaModelo.pdf (2.73 Mbytes)
Publishing Date
2020-12-29
 
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