Julio Romano Meneghini.

The RESEARCH CENTRE FOR GREENHOUSE GAS INNOVATION (RCGI), sponsored by FAPESP and SHELL, has the mission to To develop research and innovation for the sustainable use of natural gas, biogas, hydrogen and abatement of CO2 emissions on a global scale. To spread awareness and awake Brazil and other countries to the economic and energetic potential of natural gas and hydrogen. Its vision is to be a world reference centre for fundamental and applied research related to natural gas, biogas, hydrogen and abatement of CO2 emissions and their contributions to the sustainability of the 21st century.

Esse projeto tem por objetivo analisar o comportamento dinâmico de dois cilindros com strakes sujeito às vibrações induzidas por vórtices (VIV). Valiosas informações foram obtidas em projetos anteriores, nos quais foi estudado o fenômeno com um cilindro isolado e dois cilindros com strakes montados em base elástica. Na primeira fase do estudo de strakes utilizou-se uma base elástica com um grau de liberdade (tranversal). 
É extremamente difícil reproduzir o comportamento estrutural de um riser real em um modelo em escala. Uma das opções é o uso de bases elásticas com sistemas de molas e amortecedores. Com um cilindro montado em uma dessas bases é possível investigar a resposta estrutural do riser no ensaio. Com um modelo com strakes torna-se possível a complexa análise dos efeitos da presença deste tipo de atenuador no fenômeno de VIV. 
Alguns dos efeitos de interferência de uma esteira de vórtices incidindo em um cilindro localizado a jusante, são conhecidos. Podemos citar o fenômeno da inversão do arrasto e mudança da freqüência de desprendimento de vórtices como exemplos de tais efeitos (vide Meneghini et al., Journal of Fluids and Structures, 2001). No entanto, o efeito de interferência em cilindros com strakes, montados em base elástica com dois graus de liberdade, não é ainda conhecido.

Este Projeto, inserido no âmbito do Programa de Inovação em Ciência e Tecnologia Aeroespacial (Picta), visa investigar e desenvolver soluções aprimoradas para o problema de ruído externo presente em aeronaves. Pretende-se atacar o problema segundo três abordagens distintas mas complementares em aeroacústica: aeroacústica computacional (CAA), modelos analíticos e empíricos, e ensaios em vôo e em túnel. A síntese do Projeto é o desenvolvimento de metodologias de análise que possibilitem estimar a geração e propagação de ruído em aeronaves. A intenção é agrupar uma equipe acadêmica e técnica que tem se envolvido ao longo do tempo com problemas de aerodinâmica e, recentemente, em acústica, e proposto soluções particulares segundo uma das abordagens citadas. O que se pretende agora é integrar esse esforço, é aprofundá-lo explorando a complementaridade dos distintos enfoques, é, em última instância, responder, da melhor forma possível, às questões suscitadas pelo problema de engenharia concreto associado à geração e propagação de ruído em aeronaves. Deseja-se explorar a complementaridade de visões que as distintas abordagens proporcionam. 
	Como resultado prático desse esforço deve-se efetivar novo patamar tecnológico que assegure o desenvolvimento e certificação de aeronaves tendo como um dos focos o ruído externo de modo a atender a legislação vigente, com níveis de ruído competitivos para a classe de novas aeronaves a serem desenvolvidas, sem penalizar o custo operacional direto (DOC). Vale ressaltar que a integração das abordagens é inédita no Brasil e muito recente no cenário mundial.

Pretende-se investigar e desenvolver novos modelos preditivos de Vibração-Induzida pelo Escoamento (VIV) para análise do comportamento dinâmico de risers. Os modelos desenvolvidos utilizarão técnicas avançadas de Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) e serão integrados com o código ANFLEX através da criação de novos módulos para cálculos dos coeficientes hidrodinâmicos. Esses modelos serão validados através da realização de ensaios em canal de água circulante. 
O objetivo principal de uma análise de Vibração-Induzida por Vórtices (VIV) em risers é predizer a vida útil desses elementos quando imersos em correntes marítimas. Para um dado perfil de corrente, as simulações devem ser capazes de fornecer as séries temporais de deslocamentos para um número de ciclos suficientemente elevado de forma a tornar a análise de fadiga acurada. Com o desenvolvimento dos novos módulos de CFD propostos neste projeto, o código ANFLEX passará a ter capacidade de realizar análises de VIV com diferentes características, desde aquelas com o a uso de métodos simplificados de CFD até o caso de utilização de métodos de ordem elevada de precisão. 
Os modelos utilizando modelos simplificados de CFD já estão sendo integrados ao ANFLEX através do PROJETO FINEP-VIV3, ora em andamento. Na presente proposta pretende-se integrar ao código ANFLEX modelos de ordem elevada de precisão capazes de simular números de Reynolds elevados. Isto permitirá o uso do ANFLEX para pré-análises de VIV, seguidas de análises detalhadas, mais custosas do ponto de vista computacional, mas com métodos de elevada acurácia. 
Neste novo projeto pretende-se atacar o problema segundo três abordagens distintas mas complementares: métodos de ordem elevada de precisão em dinâmica dos fluidos computacional (CFD), ensaios em modelo reduzido e estabilidade hidrodinâmica. A síntese do projeto é o desenvolvimento de um método de análise que possibilite estimar a vida útil de ?risers? e oleodutos quando sujeitos a correntes ma

O projeto tem por objetivo analisar o comportamento dinâmico de risers sujeitos a vibrações induzidas por vórtices. Pretende-se dar continuidade ao projeto desenvolvido no biênio 2005-2006. Nesta nova fase, objeto da presente proposta, planeja-se analisar o efeito da instalação de strakes em cilindros longos e flexíveis através da realização de ensaios com modelos reduzidos e simulações numéricas com modelos de elevada acurácia. Pretende-se analisar o comportamento dinâmico de risers sujeitos a VIV e conceber novos mecanismos de atenuação destas vibrações. Na busca desse objetivo estão previstas atividades concentradas na procura de uma melhor compreensão do fenômeno de acoplamento vibração/escoamento, com a conseqüente diminuição da incerteza na determinação das forças hidrodinâmicas que atuam nos elementos cilíndricos de plataformas "offshore". Pretende-se investigar a influência de mecanismos atenuadores de VIV e utilização destes em cilindros com elevada razão de aspecto.

Esse projeto tem por objetivo analisar o comportamento dinâmico de dois cilindros com strakes sujeito às vibrações induzidas por vórtices (VIV). Valiosas informações foram obtidas em projetos anteriores, nos quais foi estudado o fenômeno com um cilindro isolado com strakes montado em base elástica. 
É extremamente difícil reproduzir o comportamento estrutural de um riser real em um modelo em escala. Uma das opções é o uso de bases elásticas com sistemas de molas e amortecedores. Com um cilindro montado em uma dessas bases é possível investigar a resposta estrutural do riser no ensaio. Com um modelo com strakes torna-se possível a complexa análise dos efeitos da presença deste tipo de atenuador no fenômeno de VIV. 
Alguns dos efeitos de interferência de uma esteira de vórtices incidindo em um cilindro localizado a jusante, são conhecidos. Podemos citar o fenômeno da inversão do arrasto e mudança da freqüência de desprendimento de vórtices como exemplos de tais efeitos (vide Meneghini et al., Journal of Fluids and Structures, 2001). No entanto, o efeito de interferência em cilindros com strakes não é ainda conhecido.

O projeto teve por objetivo analisar o comportamento dinâmico de agrupamentos de risers sujeitos às vibrações induzidas pelo escoamento. Na busca desse objetivo foram previstas atividades concentradas na procura de uma melhor compreensão do fenômeno de acoplamento vibração/escoamento, com a conseqüente diminuição da incerteza na determinação das forças hidrodinâmicas que atuam nos elementos cilíndricos de plataformas ?offshore? de produção de petróleo. Em particular, pretendeu-se investigar a influência de mecanismos atenuadores do tipo ?strake? no fenômeno de VIV e sua utilização em agrupamentos de ?risers?.

O objetivo principal do projeto foi predizer a vida útil de risers híbridos auto-sustentáveis quando imersos em correntes marítimas complexas. Para um dado perfil de corrente, as simulações foram feitas e forneceram as séries temporais de deslocamentos para um número de ciclos suficientemente elevado de forma a tornar a análise de fadiga acurada. Para essa análise, uma lei de fadiga deverá foi utilizada conjuntamente com os valores das séries temporais de curvatura dos risers. Para a obtenção do dano devido a VIV empregou-se o método rain flow.

Como colocado no resumo inicial dessa Proposta, o desenvolvimento teórico do projeto está, em essência, completo; sua implementação, no entanto, exige ainda um trabalho intenso, tanto do lado numérico como experimental. Resultados iniciais indicam que a base numérica, apoiada na discretização via Elementos Finitos e na posterior projeção no sub-espaço solenoidal, encontra-se bem situada, embora um certo esforço computacional, envolvendo processamento paralelo no &quot;cluster&quot;, pareça ser necessário para enfrentar problemas com malhas muito refinadas, exigidas ou pela necessidade de analisarmos problemas com número de Reynolds elevados ou pela própria geometria no caso dos &quot;strakes&quot;. A questão da validação do modelo hidro-elástico envolve, obviamente, o confronto com experimentos, tanto com os já publicados na literatura como com os que serão desenvolvidos especificamente para esse Projeto. O primeiro ano do Projeto é crucial: nele verificaremos se a metodologia proposta tem, de fato, o potencial preditivo imaginado. Por isso restringiremos aí nossa atenção a uma faixa de número de Reynolds ainda relativamente baixa (Re < 500), de forma a não exigir muito do procedimento computacional, e também focalizaremos exclusivamente resultados experimentais da literatura, pois esse é o nível mínimo de validação necessário. Se o confronto entre o modelo e esses experimentos não for adequado o Projeto deverá ser suspenso até que as falhas sejam corrigidas.

Com este projeto foi investigado o fenômeno de vibração induzida por vórtices em elementos cilindricos de trocadores de calor de três reatores para produção de óxido de eteno. Utilizou-se, inicialmente, modelos analíticos simplificados. A seguir, técnicas de dinâmica dos fluidos computacional (CFD) foram empregadas no estudo e as vazões críticas de operação do reator foram obtidas. &#10;Patrocínio: Oxiteno S/A, valor: R$ 114.000,00.

A finite element structural model based on the Euler Bernoulli beam theory is employed to calculate the dynamic response of the riser. In this model a general equation of motion is solved through a numerical integration scheme in the time domain. Initially, a static solution of the riser is found. Then, in the dynamic analysis, the stiffness matrix obtained from the static analysis is used as an average approximation. Finally, a lumped approach is employed. A mass lumped matrix is also constructed and the damping matrix evaluated in a global manner. More details can be seen in Yamamoto et al. (Journal of Fluids & Structures, 2004). The Discrete Vortex Method (DVM) was employed for evaluating the hydrodynamic forces. The DVM is a Lagrangian numerical scheme technique for simulating two-dimensional, incompressible and viscous fluid flow. The method employs the stream function-based boundary integral method and incorporates the growing core size or core spread method in order to model the diffusion of vorticity. In the DVM the body is discretized in Nw panels, and Nw discrete vortices with circulation i are created from a certain distance of the body, one for each panel. These vortices are convected and their velocities are assessed trough the sum of the free stream velocity and the induced velocity from the others vortices. The induced velocities are calculated through the Biot-Savart law. Forces on the body are calculated integrating the pressures and viscous stresses. Viscous stresses are evaluated from the velocities in the near-wall region, and the pressure distribution is calculated relating the vorticity flux on the wall to the generation of circulation. Details about the employed method can be found in Yamamoto et al. (2002).&#10;Sponsor: BP - United Kingdom, US$ 20.000,00.

Este Projeto Temático visava estudar vibrações induzidas por geração e desprendimento de vórtices (VIV) em estruturas oceânicas, como &quot;risers&quot; e oleodutos. Com este projeto temático pretendeu-se dar continuidade ao projeto FAPESP no. 94/3528-3. Neste novo projeto procurou-se atacar o problema segundo três abordagens distintas mas complementares: dinâmica dos fluidos computacional (CFD), ensaios em modelo reduzido e estabilidade hidrodinâmica. A síntese do projeto foi o desenvolvimento de um método de análise que possibilitasse estimar a vida útil de &quot;risers&quot; e oleodutos quando sujeitos a correntes marítimas. A intenção deste projeto foi agrupar uma equipe técnica que esteve envolvida, ao longo do tempo com o problema de VIV e proposto soluções parciais segundo uma das abordagens citadas. O que procurou-se obter foi a integração deste esforço, foi aprofundá-lo explorando a complementaridade dos distintos enfoques, foi, em última instância, responder, da melhor forma possível, às questões suscitadas pelo problema de engenharia concreto, associado à exploração de petróleo em águas profundas. O projeto foi organizado em quatro capítulos distintos, nos quais se desenvolveu, de forma integrada, o tópico de VIV segundo suas linguagens específicas.

Pretendeu-se dar continuidade às atividades de CFD desenvolvidas no Departamento de Engenharia Mecânica para a Petrobras. Como atividades para o período de Julho de 2002 a Maio de 2003, planejou-se utilizar simuladores numéricos para analisar o escoamento ao redor de cascos de navios com e sem bolinas. Em uma fase inicial, foi feita uma análise detalhada de simuladores comercial, e.g. Fluent (Fluent Inc), e a aplicação dos mesmos para simulação do escoamento ao redor de cascos de navio. Resultados do escoamento bidimensional de través em casco de navio com e sem bolina foram obtidos juntamente com o amortecimento hidrodinâmico no movimento de &quot;roll&quot;. Efeito de onda e superfície livre foram investigados. Os resultados obtidos foram comparados com resultados experimentais obtidos no IPT. &#10;Patrocínio: Petrobras, valor R$ 101.810,00

Este subprojeto foi parte do projeto de pesquisa EMBRAER/FAPESP para desenvolvimento de ferramentas em dinâmica dos fluidos computacional (CFD) para o estudo do escoamento ao redor de aeronaves. Foram desenvolvidos os códigos computacionais referentes às condicões de contorno que envolviam condução de calor, radiação, perdas concentradas, radiadores, ventiladores e congeneres.

Este projeto teve como objetivo investigar vibrações induzidas por geração e desprendimento de vórtices (VIV) em estruturas oceânicas. Foi gerada a primeira versão do simulador FLOMAR3D (?Three-dimensional flow modelling around risers?). Este simulador permite obter a resposta dinâmica do riser sujeito a VIV. Resultados preliminares da simulação de um ?riser? de 120m imerso em uma corrente foram obtidos. Nas simulações foi utilizado o método dos vórtices discretos. Em cada elemento do ?riser? discretizado foi considerada uma seção hidrodinâmica. Foi utilizado o Método dos Elementos Finitos para modelagem estrutural do ?risers?. O programa de visualização dos resultados foi desenvolvido com a possibilidade de ser utilizado em ambientes de realidade virtual. &#10;Patrocínio: FINEP/FNDCT Desembolso FINEP/FNDCT: R$ 399.432,00, Contrapartida Petrobras S/A para pagamento de pessoal: R$ 399.824,00.

Com este projeto procurou-se investigar numericamente o escoamento ao redor de agrupamento de cilindros com Reynolds elevado. Foi dada continuidade ao projeto anteriormente patrocinado pelo CNPq no qual foi investigado o escoamento ao redor de cilindros com Reynolds < 10^5.

Pretendeu-se dar continuidade às atividades de CFD desenvolvidas no Departamento de Engenharia Mecânica para a Petrobras. Como atividades para o período de Junho de 2001 a Maio de 2002, foi desenvolvido um simulador tridimensional para análise do escoamento ao redor de agrupamento de cilindros. Este tópico foi abordado utilizando duas metodologias distintas. Com a primeira delas, iniciada em 1999, pretendeu-se desenvolver o simulador utilizando decomposição modal da equação de Navier-Stokes (NS) e considerando uma condição periódica ao longo da envergadura do cilindro. Com esta formulação o problema é reduzido à solução de 'm'-escoamentos bidimensionais acoplados através do termo convectivo não linear da equação de NS. Neste aspecto, esta forma de se modelar o problema é análoga à &quot;strip-theory&quot; mas com termos de difusão viscosa da vorticidade sendo corretamente levados em conta. Com a segunda linha, procurou-se utilizar um simulador baseado no método dos vórtices discretos com difusão viscosa para números de Reynolds (Re) elevados. Resultados com este simulador foram obtidos com sucesso para um cilindro imerso em escoamento com Re = 10^5. Nesta linha utilizou-se &quot;strip-theory&quot; com o acoplamento tridimensional através da solução estrutural do &quot;riser&quot;.&#10;Patrocínio: Petrobras, Valor R$ 101.801,00.

Esta projeto de desenvolvimento científico e tecnológico visava, fundamentalmente, dar início ao desenvolvimento de um estudo que envolvesse a utilização de simuladores do escoamento para a análise do escoamento interno em partes e componentes de máquinas hidráulicas. As atividades de pesquisa previstas neste convênio abrangeram aspectos dos procedimentos para a análise completa dos seguintes problemas do projeto de máquinas hidráulicas:&#10;1) análise do escoamento ao redor das travessas do pré-distribuidor de máquinas hidráulicas;&#10;2) análise estrutural dos efeitos do escoamento ao redor das travessas do pré-distribuidor de máquinas hidráulicas, buscando identificar seus efeitos e influência no projeto mecânico;&#10;3) análise do escoamento no interior de válvulas do tipo borboleta e esférica, buscando identificar seus efeitos e influência no projeto mecânico;&#10;4) análise do escoamento em comportas de emergência no tubo de sucção de máquinas Kaplan, durante o fechamento de emergência, buscando identificar os esforços e condições necessárias ao projeto mecânico&#10;Nas simulações foram analisados os aspectos referentes à vibração induzida pelo escoamento, esforços transmitidos as estruturas, otimização e análise dos parâmetros e geometrias envolvidos em cada caso. Utilizou-se métodos convencionais de CFD, FEM e métodos não convencionais, e.g. método dos vórtices discretos (MVD).

Com este projeto procurou-se investigar analíticamente o escoamento ao redor de um cilindro oscilando. Técnicas de estabilidade hidrodinâmica fpram utilizadas. Os coeficientes da equação de Landau obtidos e a aplicação dessa equação como modelo analítico simplificado para VIV foi investigada.&#10;Patrocínio: CNPq, Valor: R$ 50.775.,00.

Foi dada continuidade às atividades de CFD do convênio USP/Petrobras com a segunda fase do desenvolvimento de um simulador tridimensional para análise do escoamento ao redor de um agrupamento de cilindros. Este tópico foi abordado utilizando duas metodologias distintas. Com a primeira delas, iniciada em 1999, foi desenvolvido simulador utilizando decomposição modal da equação de Navier-Stokes (NS) e considerando uma condição periódica ao longo da envergadura do cilindro. Com esta formulação o problema foi reduzido à solução de 'm'-escoamentos bidimensionais acoplados através do termo convectivo não linear da equação de NS. Neste aspecto, esta forma de se modelar o problema é análoga à &quot;strip-theory&quot; mas com termos de difusão viscosa da vorticidade sendo corretamente levados em conta. Com a segunda linha, procurou-s utilizar um simulador baseado no método dos vórtices discretos com difusão viscosa para números de Reynolds (Re) elevados. Resultados preliminares com este simulador foram obtidos com sucesso para um cilindro imerso em escoamento com Re = 10^5.&#10;Patrocínio: Petrobras Valor R$ 85.000,00.

Este de pesquisa visava, fundamentalmente, dar continuidadeinício ao desenvolvimento de uma programa de pesquisa que culminasse na elaboração de um simulador do escoamento baseado na solução completa da equação de Navier-Stokes em regime não-permanente. Inicialmente, procurou-se desenvolver um algoritmo para simulação do escoamento não-permanente em torno de um cilindro livre para oscilar transversalmente. Com o desenvolvimento deste simulador, aspectos fundamentais de CFD aplicadas a problemas com ocorrência de separação foram investigados e, com isto, deu-se o passo inicial para o desenvolvimento de um modelo completo tridimensional. Para que estes objetivos fossem alcançados, três tópicos em CFD forão abordados: geração de malhas não-estruturadas, implementação do método dos vórtices discretos para problemas com superfície livre bidimensional, e implementação do modelo de turbulência - modificado. &#10;Patrocínio: Petrobras R$ 70.000,00.

Neste projeto de pesquisa, pretende-se desenvolver programas de simulação para utilização específica em problemas que envolvam Estruturas Marítimas e Oceânicas. O objetivo principal do projeto é desenvolver ferramentas numéricas que visam a solução da Equação de Navier-Stokes e que permitam a simulação do escoamento ao redor de agrupamentos de cilindros. A primeira fase deste projeto envolve o desenvolvimento e utilização do simulador para análise do escoamento constituído por uma componente constante ao redor de um agrupamento de dois cilindros lado a lado e em &quot;tandem.&quot; A segunda fase da pesquisa envolve a utilização do simulador para estudar as mesmas configurações mas agora considerando uma corrente constante sobreposta a uma componente oscilatória. Esta última representa uma possível forma de se modelar o efeito de ondas superficiais na emissão de vórtices em torno do agrupamento de cilindros. Será investigada a influência da forma específica de agrupamento no coeficiente de arrasto de cada dos cilindros. Com esta análise pretende-se obter uma metodologia de projeto para dimensionamento de agrupamento de &quot;risers&quot;. Estes agrupamentos são comuns em plataformas &quot;offhore de produção de petróleo em águas profundas. O simulador a ser utilizado será baseado no Método dos Vórtices Discretos incluindo difusão viscosa. Em uma terceira fase, pretende-se desenvolver um simulador tri-dimensional do escoamento. Nesta fase, pretende-se analisar a influência de tri-dimensionalidades do escoamento quando temos um agrupamento de cilindros. Com este projeto, pretende-se dar continuidade à pesquisa da Fapesp 94/3057-0, à parte do projeto Temático Fapesp 94/3528-3, e à pesquisa sendo patrocinada pelo CNPq através da bolsa PQ Processo no. 300807/94-5.&#10;Patrocínio Fapesp: Valor US$ 43.114,00 (Material Permanente Importado), R$ 5.000,00 (Material Permanente Nacional) e R$ 14.277,97 (Reserva Técnica). Março de 1999 a Fevereiro de 2001. Aditivo concedido em Março de 2000.

Este projeto de pesquisa visava, fundamentalmente, dar continuidade ao desenvolvimento de uma programa de pesquisa que culminasse na elaboração de um simulador do escoamento baseado na solução completa da equação de Navier-Stokes em regime não-permanente. Este projeto foi realizado de forma a dar continuidade a projeto iniciado no ano anterior. O simulador desenvolvido foi capaz de representar com precisão considerável problemas nos quais separação do escoamento estava presente. Inicialmente, procurou-se desenvolver um algoritmo para simulação do escoamento não-permanente em torno de um cilindro livre para oscilar transversalmente. Com o desenvolvimento deste simulador, aspectos fundamentais de CFD aplicadas a problemas com ocorrência de separação forão investigados e, com isto, deu um passo inicial para o desenvolvimento de um modelo completo tridimensional. O simulador foi utilizado para investigar alguns casos complementares do problema de agrupamento de cilindros e efeito interferencia.&#10;Patrocínio: Petrobras R$ 48.000,00

Este projeto de pesquisa visava, fundamentalmente, dar continuidade ao desenvolvimento de uma programa de pesquisa que culminasse na elaboração de um simulador do escoamento baseado na solução completa da equação de Navier-Stokes em regime não-permanente. O simulador desenvolvido foi capaz de representar com precisão considerável problemas nos quais separação do escoamento esteva presente. Inicialmente, procurou-se-á desenvolver um algoritmo para simulação do escoamento não-permanente em torno de um cilindro livre para oscilar transversalmente. Com o desenvolvimento deste simulador, aspectos fundamentais de CFD aplicadas a problemas com ocorrência de separação forão investigados e, com isto, deu-se o passo inicial para o desenvolvimento de um modelo completo tridimensional será dado. O simulador foi aplicado ao problema de agrupamentos de cilindros e efeito interferência.&#10;Patrocínio Petrobras; R$ 48.000,00