Modelagem tridimensional do escoamento ao redor de um duto submarino com o uso da fluidodinâmica computacional (CFD)

Resumo

Dutos submarinos são utilizados nas operações marítimas de perfuração de poços e de produção de petróleo e gás natural. Estes dutos podem estar apoiados no leito marinho transportando o petróleo de um poço produtor até uma unidade de produção flutuante na superfície do mar. São denominados de dutos submarinos ou linhas de escoamento enquanto apoiados no leito marinho, e quando se encontrar suspenso, interligando o fundo do mar à unidade produtora na superfície, são denominados de risers. Estes dutos estão sujeitos à correnteza marítima, ondas e ao movimento induzido pela unidade flutuante à qual estão conectados. Sua interação com a água do mar gera duas componentes de força no duto: a força de arrasto (FD) e a transversal (FL), respectivamente, nas direções de incidência e perpendicular da água em relação ao duto. A força transversal faz o duto oscilar na direção perpendicular à velocidade de incidência do fluido, fenômeno conhecido como Vibração Induzida por Vórtices (VIV), em sincronização com o desprendimento de vórtices. Esta vibração é importante para o projeto de dutos, pois pode acelerar o processo de fadiga do duto, ocasionando falhas. Neste trabalho, será aplicado a Fluidodinâmica Computacional (Computacional Fluid Dynamics - CFD) para solução do escoamento tridimensional ao redor de uma seção de um duto submarino. Consideram-se duas situações: a primeira com a seção do duto estacionária; e segunda com a seção com um movimento forçado induzido na direção transversal ao escoamento incidente. Em ambos os casos, serão simuladas situações com diferentes velocidades de incidência. Coeficientes hidrodinâmicos de arrasto (CD) e de força transversal (CL), assim como o número de Strouhal (St) para o escoamento serão calculados, e comparações e análise dos resultados com a literatura são realizados. (AU)