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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.3.2016.tde-23112016-101531
Documento
Autor
Nome completo
Ricardo Becht Flatschart
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2007
Orientador
Banca examinadora
Meneghini, Julio Romano (Presidente)
Aranha, Jose Augusto Penteado
Barros, Saulo Rabello Maciel de
Gonzalez, Enrique Casaprima
Saltara, Fabio
Título em português
Simulação numérica paralela do escoamento ao redor de risers.
Palavras-chave em português
Dinâmica dos fluidos computacional
Interação fluido-estrutura
Método dos elementos finitos
Método dos vórtices discretos
Processamento paralelo
Simulação numérica
Vórtices dos líquidos
Resumo em português
Neste trabalho, a resposta dinâmica de um riser marítimo devido à geração e desprendimento alternado de vórtices é investigada numericamente. O riser é dividido em seções bidimensionais ao longo de seu comprimento. O Método dos Vórtices Discretos é empregado para a determinação das forças hidrodinâmicas que agem nestas seções bidimensionais. As seções hidrodinâmicas são resolvidas independentemente, e o acoplamento entre as mesmas é feito através da solução da estrutura no domínio do tempo pelo Método dos Elementos Finitos. Os resultados numéricos são comparados com resultados obtidos experimentalmente. Processamento paralelo é empregado para melhorar a performance do método. As simulações são realizadas através de uma metodologia mestre-escravo, utilizando MPI Message Passing Interface para explorar o paralelismo. A escalabilidade do algoritmo é mostrada e discutida. Este trabalho representa o desenvolvimento de um simulador que permite, efetivamente, a análise dinâmica de um riser com características e dimensões representativas das condições reais encontradas em campo, a um custo computacional factível para seu uso como uma ferramenta de engenharia. Isto é obtido por meio da técnica de processamento paralelo, aliada à solução do escoamento através de um método eficiente de CFD Método dos Vórtices Discretos e à solução da estrutura através do Método dos Elementos Finitos.
Título em inglês
Parallel numerical simulation of the flow around risers.
Palavras-chave em inglês
Computational fluid dynamics
Discrete vortex method
Finite element method
Fluid-structure interaction
Numerical simulation
Parallel processing
Resumo em inglês
In this work the dy6namic response of a marine riser due to vortex shedding is numerically investigated. The riser is divided in two-dimensional sections along the riser length. The Discrete Vortex Method is employed for the assessment of the hydrodynamic forces acting on these two-dimensional sections. The hydrodynamic sections are solved independently, and the coupling among the sections is taken into account by the solution of the structure in the time domain by the Finite Element Method. The numerical results are compared with results obtained experimentally. Parallel processing is employed to improve the performance of the method. The simulations are carried out through a master-slave approach using MPI Message Passing Interface to exploit the parallelism. Scalability of the algorithm is shown and discussed. This work represents the development of a simulator that effectively allows the dynamic analysis of a riser with representative characteristics and dimensions of real field conditions, with a feasible computational cost for its use as an engineering tool. This is obtained by means of the parallel processing technique, together with an efficient CFD solution of the flow with de Discrete Vortex Method and the solution of the structure with the Finite Element Method.
 
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Data de Publicação
2016-11-24
 
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