Estudo numérico de uma técnica de redução de esforços numa estrutura cilíndrica circular

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Mecânica

No presente trabalho, investiga-se a interacção de um escoamento uniforme laminar com um conjunto de três cilindros. Dois cilindros de controlo são posicionados simetricamente na esteira de um cilindro principal. Variando a posição dos cilindros de controlo, foram analisadas várias configurações que permitissem obter esforços mínimos nos vários coeficientes aerodinâmicos, para o cilindro principal, os cilindros de controlo e o conjunto em si. As simulações foram realizadas para um número de Reynolds 200, usando dois códigos: FLUENT e FullCReM. Ambos usam o método de volumes finitos para resolver as equações de Navier-Stokes com um método de acoplamento total entre pressão e velocidade. Analisando a interacção do conjunto segundo um eixo alinhado com o escoamento, verificou-se que os esforços são mínimos entre 0,5 <Xc/D <2,5-2,8 e que, passando esta distância crítica, existe um salto nos esforços e no número de Strouhal. Para Xc/D=2,5 foi observado uma redução no coeficiente de arrasto médio do conjunto de 15,4%. Os mecanismos que se formam, possibilitando estas reduções, devem-se a bolhas de recirculação, simétricas e contra-rotativas que atrasam a formação dos vórtices e asseguram uma zona de esteira estável. Quando estas estruturas desaparecem, os esforços voltam a tender assimptoticamente para os valores de um cilindro isolado. A esteira formada altera-se conforme a posição dos cilindros de controlo, começando pela típica esteira de “Von Kármán”, passando por uma combinação entre vórtices estirados do cilindro principal com os do cilindro de controlo até uma esteira onde vórtices emitidos do cilindro principal colidem com os cilindros de controlo.