Uma análise numérica do fenômeno sloshing em tanques circulares e elípticos
Matheus Marques Araujo1; Cezar Augusto Bellezi1; Liang-Yee Cheng1
1 Escola Politécnica da Universidade de São Paulo
doi:10.20906/CPS/CILAMCE2017-0977
Resumo
Diversas embarcações, tais como navios GNL, petroleiros e plataformas FPSO, possuem grandes reservatórios parcialmente preenchidos por fluído em seu interior. A ação das ondas gera um movimento cíclico em tais embarcações, que por sua vez movimenta o fluído no interior dos tanques. Em determinadas situações, tal escoamento passa a ser violento e ocorre o fenômeno denominado sloshing, que pode causar impactos hidrodinâmicos nas paredes dos reservatórios e até intensificar o movimento do navio. Com o crescimento acelerado da demanda energética, cresce também a exploração de Gás Natural Liquefeito (GNL), cujo transporte e armazenamento é realizado em tanques a baixíssimas temperaturas. Neles é usualmente empregado um revestimento sensível, de forma que é particularmente importante evitar-se a ocorrência de sloshing. O fenômeno de sloshing é altamente relacionado a geometria do tanque, sendo utilizados diversas geometrias para armazenamento de GNL, como tanques prismáticos e esféricos (tipo Moss). Neste contexto insere-se o objetivo do presente trabalho: identificar uma geometria otimizada na qual sejam observados os menores carregamentos hidrodinâmicos. Neste trabalho será utilizado o método numérico Moving Particle Semi-Implicit (MPS), que apresenta vantagens em relação aos métodos computacionais baseados em malhas no tratamento de fenômenos não-lineares, como o sloshing. Entre tais vantagens, destacam-se os bons resultados na simulação de problemas que envolvem grandes deformações, fragmentação e junção de superfície livre, interação fluido-estrutura, geometrias complexas e impactos hidrodinâmicos. O método MPS modela escoamentos incompressíveis e adota uma abordagem totalmente lagrangeana, na qual o domínio computacional é inteiramente descrito por meio de partículas. Na análise realizada neste trabalho, são estudados modelos de seção transversal circular e de seções transversais elípticas de diferentes excentricidades. A investigação é realizada por meio de uma análise paramétrica,na qual são simulados tan
Palavras-chave: Sloshing; Método de partículas; Hidrodinâmica não-linear; Impacto hidrodinâmico