Estudo Numérico do Escoamento Através de um Cilindro Oscilante Utilizando o Método de Fronteiras Imersas

Abstract

O estudo de escoamentos através de cilindros é um problema
clássico em fuidodinâmica e tem atraído a atenção de centenas de
autores devido à sua relevância na área científica e na
engenharia. Este trabalho apresenta simulações numéricas para um único
cilindro oscilando transversalvente à um escoamento em duas
dimensões. As equações de Navier-Stokes são solucionadas numa malha
cartesiana usando esque- mas de diferenças finitas para resolver as
derivadas espaciais e um método de Runge-Kutta de baixa armazenagem
para integração no tempo. O cilindro é modelado usando o método de
fronteiras imersas. A simulação numérica é capaz de gerar séries de
tempo para a velocidade na posição da sonda e suas análises
auto-espectrais mostram as freqüências excitadas nas
simulações. Assim, de modo que se possa identificar os padrões do
desprendimento de vórtices e validar a ocorrência do fenômeno de
sincroni- zação (lock-in), foram simulados escoamentos tranversais
sobre um cilindro oscilando senoidalmente, com diferentes combinações
de freqüência e amplitude para cada simulação. Por meio de análises do
sinal do coeficiente de sustentação, percebeu-se claramente a
sincronização para os testes realizados den- tro da zona de
lock-in. Além disso, são analisados os valores dos coeficientes de
sustentação e arraste, verificando-se assim suas variações devido à
oscilação imposta ao cilindro. Dessa forma, após compara- dos com a
literatura, todos os resultados obtidos se mostraram satisfatórios,
demonstrando a consistência do método de fronteiras imersas e sua
aplicabilidade no estudo de escoamentos sobre obstáculos em movimento.