Interferência entre dois Corpos Rombudos em Diferentes Arranjos: Simulação Numérico-Computacional Utilizando o Método de Vórtices Discretos

Descrição

O presente projeto de pesquisa propõe o desenvolvimento e a aplicação de ferramentas computacionais baseadas no Método de Vórtices Discretos (MVD) para a análise de escoamentos incompressíveis não permanentes envolvendo a interação fluido-estrutura entre dois corpos rombudos. O estudo concentra-se na investigação numérica do escoamento ao redor de dois cilindros circulares em diferentes arranjos geométricos, incluindo as configurações in-line, side-by-side e staggered, considerando ainda variações nos diâmetros dos cilindros. A interação entre as esteiras viscosas geradas por cada cilindro resulta em fenômenos fluidodinâmicos complexos, como regimes distintos de formação de vórtices, interferência de esteiras, variações nos coeficientes aerodinâmicos e alterações nos padrões de separação da camada limite. Tais fenômenos possuem elevada relevância em aplicações de engenharia mecânica, naval, oceânica e aeroespacial, sendo fundamentais para o dimensionamento seguro e eficiente de estruturas submetidas a escoamentos externos, como trocadores de calor, torres, tubulações, estruturas offshore e sistemas de geração de energia eólica. O Método de Vórtices Discretos, adotado neste projeto, baseia-se em uma descrição puramente lagrangiana do escoamento, na qual o campo de vorticidade é discretizado em partículas que evoluem no tempo. Essa abordagem apresenta vantagens significativas na captura de fenômenos transientes e na representação de esteiras vorticosas, sendo especialmente adequada para problemas de interação fluido-estrutura. A modelagem inclui a discretização das superfícies sólidas por meio do Método dos Painéis, a aplicação da Lei de Biot-Savart para o cálculo do campo de velocidades induzidas e a consideração dos mecanismos de convecção e difusão da vorticidade, sendo este último tratado por métodos estatísticos. Devido ao elevado custo computacional associado à simulação de sistemas com grande número de partículas vorticosas, o projeto incorpora técnicas de processamento paralelo, visando à redução do tempo de simulação e ao aumento da eficiência computacional. Tal abordagem contribui diretamente para o avanço das ferramentas de simulação numérica aplicadas à engenharia, permitindo análises mais detalhadas e com maior nível de refinamento. Do ponto de vista científico, o projeto busca ampliar a compreensão dos mecanismos físicos associados à interferência entre corpos rombudos em escoamentos bidimensionais, incluindo a identificação de novos regimes de formação de vórtices, análise dos coeficientes de arrasto e sustentação, avaliação do número de Strouhal e determinação dos ângulos de separação da camada limite. A investigação de configurações com cilindros de diâmetros distintos constitui um diferencial relevante, uma vez que introduz efeitos adicionais de assimetria e interação entre as esteiras, ainda pouco explorados na literatura. Além de suas contribuições científicas, o projeto apresenta forte potencial de aplicação prática, especialmente no contexto da otimização de sistemas industriais e energéticos. A melhor compreensão dos fenômenos de escoamento e das cargas fluidodinâmicas permite o desenvolvimento de soluções mais eficientes, reduzindo perdas energéticas, vibrações induzidas por vórtices e esforços estruturais, o que impacta diretamente na durabilidade e no desempenho de equipamentos. O projeto está alinhado aos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) 9, 7 e 13. O ODS 9 é contemplado por meio do desenvolvimento de metodologias inovadoras em modelagem numérica e simulação computacional aplicadas à engenharia. O ODS 7 é atendido ao contribuir para o aumento da eficiência energética em sistemas que envolvem escoamentos, como turbinas eólicas e dispositivos de transporte de fluidos. Já o ODS 13 é abordado de forma indireta, ao possibilitar a redução do consumo energético e das emissões associadas por meio da otimização de projetos e processos. No âmbito institucional, o projeto promove a integração entre os campi da UNIFEI de Itajubá e Itabira, fortalecendo a cooperação científica e a formação de recursos humanos qualificados. Estão previstas atividades de iniciação científica e pós-graduação, com a participação de alunos em diferentes etapas do projeto, incluindo revisão bibliográfica, desenvolvimento de modelos, simulações numéricas e análise de resultados. Por fim, espera-se que os resultados obtidos contribuam para o avanço do estado da arte em mecânica dos fluidos computacional, ampliando as capacidades de modelagem de escoamentos complexos e fornecendo subsídios técnicos e científicos para aplicações em engenharia, com impactos positivos em inovação tecnológica, eficiência energética e sustentabilidade ambiental.