Modelagem de esforços hidrodinâmicos em corpos submersos utilizando a biblioteca de elementos finitos FEniCS

Abstract

A modelagem de esforços hidrodinâmicos sobre corpos submersos é extremamente importante para a indústria do petróleo. Elementos como risers, estruturas tubulares de ligação entre os poços e a unidade flutuante estão submetidos a elevados carregamentos estáticos e dinâmicos durante sua vida útil dentre os que se destacam os resultantes das vibrações induzidas por vórtices. Este fenômeno é resultado do desprendimento de vórtices atrás de corpos submersos em correntezas resultando em oscilações que podem levar à degradação estrutural ou mesmo à falha por fadiga. Como estratégia para controlar este fenômeno existem dispositivos que reduzem a amplitude destas vibrações através de alterações no perfil geométrico dos risers tubulares visando suprimir a geração de vórtices e diminuir forças de arrasto. Este trabalho apresenta uma revisão deste fenômeno assim como das estratégias de supressão e uma metodologia de modelagem numérica via solução das equações de Navier-Stokes pelo método dos elementos finitos. Um estudo comparativo de geometrias supressoras de vórtices será feito para avaliar o desempenho das mesmas para diferentes condições de funcionamento. Para a realização das análises foram utilizadas ferramentas de código aberto como o programa Gmsh, para geração de geometrias e malhas, a biblioteca FEnICS de elementos finitos, para a resolução das equações diferenciais e o programa ParaView para pós-processamento dos resultados