Os pesquisadores do A * STAR desenvolveram um modelo que pode simular as complicadas forças exercidas pelo fluxo de água em uma série de cilindros que suportam estruturas baseadas na água, como plataformas de petróleo. O trabalho demonstra a utilidade de simulações numéricas para investigar cenários físicos complexos do mundo real.

Ao projetar uma plataforma off-shore, os engenheiros devem ser capazes de prever como ele será afetado pelo movimento da água do mar ao redor. Como estruturas cilíndricas, como trocadores de calor, chaminés e tubos riser, são comumente implantados no ponto onde as plataformas entram no oceano, é vital compreender as forças exercidas sobre eles pelo fluxo das águas sob as diversas condições do mar.

A água que flui ao redor de um único cilindro cria vórtices oscilantes - correntes rodopiantes de água. Este chamado derramamento de vórtice pode causar vibrações na estrutura. Eles normalmente alcançam uma amplitude máxima quando a velocidade do fluxo é tal que a frequência de oscilação de desprendimento de vórtices está próxima da frequência mecânica natural da estrutura; isso também é conhecido como frequência de bloqueio.

Contudo, no caso de vários cilindros espaçados próximos, as interações entre os fluxos em torno dos cilindros adjacentes também criam vibrações. A influência dessas vibrações induzidas por vigília é mal compreendida, e uma teoria coerente para eles ainda não foi desenvolvida.

Agora, Vinh-Tan Nguyen, Wai Hong Ronald Chan e Hoang Huy Nguyen do Instituto A * STAR de Computação de Alto Desempenho usaram uma abordagem de dinâmica de fluidos computacional para modelar vibrações induzidas por vigília sob várias condições de fluxo.

A equipe usa um modelo numérico para interações fluido-estrutura, que leva em consideração os efeitos acoplados dos vórtices nas respostas da estrutura e vice-versa. Eles testaram a confiabilidade de sua abordagem comparando a previsão numérica com os resultados de dois estudos experimentais recentes. O acordo era razoavelmente bom, e a simulação foi capaz de prever a observação empírica de que o aumento da velocidade do fluxo leva a vibrações de maior amplitude. Notavelmente, ao contrário do caso do cilindro único, a amplitude de resposta permanece grande à medida que a velocidade do fluxo aumenta, mesmo longe da frequência de bloqueio. Este fenômeno é uma preocupação para risers implantados em condições de mar profundo em um arranjo tandem.

"Estamos trabalhando para compreender melhor esses fenômenos a partir de uma perspectiva mais detalhada da dinâmica dos fluidos, "diz Vinh-Tan Nguyen." Em última análise, gostaríamos de caracterizar totalmente este comportamento e fornecer uma ferramenta eficiente para os engenheiros projetarem melhor risers e estruturas offshore nessas condições semelhantes. "