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Título: Estudo numérico do Sloshing utilizando o método Smoothed Particle Hydrodynamics
Autor(es): Barbosa, Danilo de Almeida
Orientador: Chacaltana, Julio Tomás Aquije
Data do documento: 2-Mar-2018
Editor: Universidade Federal do Espírito Santo
Resumo: A crescente explotação de petróleo offshore e consequente aumento no número de plataformas FPSO e embarcações para o transporte deste fluido exige atenção cada vez maior aos efeitos produzidos pela oscilação da superfície livre em tanques de transporte e armazenamento de petróleo líquido e gás liquefeito. Nesta Tese, um estudo sobre os impactos nas paredes laterais de contêineres retangulares provocados pelo sloshing é proposto. O método lagrangiano de partículas livres (sem malha) conhecido como SMOOTHED PARTICLE HYDRODYNAMICS – SPH, que em sua forma genuína faz uso da força oriunda do potencial de Lennard-Jones para manter as partículas no interior do domínio foi aplicado. Contribuições ao método também foram realizadas, como a alteração no sistema de busca de partículas vizinhas; proposta de uma relação entre o número de partículas virtuais e comprimento de suavização; e apontamento para um “número ótimo” de partículas de contorno. Além do controle dos parâmetros de correção que permitiram reduzir o tempo de processamento. Porém a contribuição de maior relevância foi a criação de uma nova técnica de tratamento do contorno utilizando a FORÇA DE COULOMB, que se mostrou mais robusta do que a técnica clássica (Lennard-Jones). A modelagem matemática passou pelas equações da conservação da massa e conservação de momento linear. Com isso, simulações em duas dimensões, com diferentes geometrias foram feitas e após a identificação das causas e efeitos produzidos pelo sloshing, mecanismos de supressão foram instalados no interior dos tanques. Para validação dos modelos foram recuperados três testes experimentais realizados por autores distintos dos quais dois simularam em escala reduzida o comportamento de tanques sob a ação de forças horizontais e um terceiro o movimento de arfagem com o tanque sobre uma plataforma do tipo pêndulo invertido. A coleta dos dados quantitativos da pressão hidrodinâmica se deu por transdutores instalados nas paredes dos recipientes. Os testes seguiram com defletores de duas alturas distintas e com defletores em forma de seta atuando como aletas. Todos os baffles (defletores) se mostraram eficientes na redução das tensões normais, contudo aqueles na forma de seta se apresentaram superiores aos baffles verticais padrão, indicando que uma morfologia adequada pode reduzir os danos gerados pelo sloshing
The increasing exploitation of offshore oil and consequent increase in the number of FPSO platforms and vessels to transport this fluid requires increasing attention to the effects produced by the free surface oscillation in transport tanks and storage of liquid petroleum and liquefied gas. In this thesis, a study on the impacts on the sidewalls of rectangular containers provoked by sloshing is proposed. The lagrangian free-particle method known as SMOOTHED PARTICLE HYDRODYNAMICS-SPH, which in its genuine form makes use of the force from the Lennard-Jones potential to keep the particles inside the domain was applied. Contributions to the method were also performed, such as the alteration in the search system of neighboring particles; proposal of a relation between the number of virtual particles and smoothing length; and pointing to an "optimal number" of contour particles. Besides the control of the correction parameters that allowed to reduce the processing time. However, the most relevant contribution was the creation of a new contour treatment technique using the COULOMB FORCE, which proved to be more robust than the classical technique (Lennard-Jones). The mathematical modeling passed through the equations of mass conservation and conservation of linear momentum. With this, two-dimensional simulations with different geometries were made and after identification of the causes and effects produced by sloshing, suppression mechanisms were installed inside the tanks. For validation of the models, three experimental tests were carried out by different authors, two of whom simulated the behavior of tanks under the action of horizontal forces on a reduced scale, and a third the movement of pitch with the tank on an inverted pendulum platform. The quantitative data of the hydrodynamic pressure were collected by transducers installed on the walls of the containers. The tests followed with baffles of two different heights and with arrow-shaped deflectors acting as fins. All baffles were effective in reducing normal stresses, however, those in the arrow shape presented higher than standard vertical baffles, indicating that adequate morphology may reduce sloshing damage.
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/9458
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