Estudo dos esforços de correnteza marítima em risers com uso de CFD

Orientador: Celso Kazuyuki MorookaDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de GeociênciasResumo: O petróleo e gás proveniente de campos marítimos são transportados do fundo oceânico até as unidades de produção flutuantes e terminais marítimos através de risers ou dutos submarinos. Dutos submarinos, devido a irregularidades presentes no solo marinho ficam expostos a vãos livres, fazendo com que ocorram variações de pressão ao redor de sua superfície externa ao longo de seu comprimento, resultando vórtices. Estes vórtices fazem surgir forças na seção transversal do tubo, sendo uma paralela ao escoamento (força de arrasto) e outra transversal (força de sustentação), que fazem vibrar a tubulação no fenômeno conhecido como VIV (Vibração Induzida por Vórtices), resultando em fadiga precoce e reduzindo o tempo de vida útil. A compreensão e estudo deste fenômeno são importantes no projeto de risers e dutos submarinos, para garantir uma operação segura e reduzir o número de intervenções. O grande número de pesquisas e experimentos relacionados a este tema também demostra sua importância. Neste trabalho, o estudo de dutos submarinos na condição de vão livre com uso da mecânica de fluidos computacional é o principal objetivo. O software OpenFOAM® é utilizado para estimar os coeficientes das forças hidrodinâmicas e o escoamento ao redor de dutos submarinos. Simulações bidimensionais são realizadas utilizando-se um cilindro e uma parede plana representando, respectivamente, uma seção transversal do duto e o solo marinho na situação de vão livre. Inicialmente analisou-se um cilindro estacionário e posteriormente com oscilações forçadas, em diferentes distâncias em relação à parede e diferentes frequências e amplitudes de oscilação. Os resultados das simulações são comparados com dados experimentais e resultados numéricos disponíveis na literaturaAbstract: Oil and gas from offshore oilfields are transported from the seabed to floating production and storage terminals through risers and submarine pipelines. Pipelines are often laid in an uneven seabed and are exposed to free span portions, which changes in pressure distribution on the outside surface along the length of the pipeline and resulting in vortices. These vortices give rise to forces: one parallel to the flow (drag force) and another one transversal (lift force) to the flow, resulting in vibrations in a phenomenon known as VIV (Vortex Induced Vibration). The consequences of the VIV are fatigue damage and reduced lifetime of the pipeline. The knowledge and study of this phenomenon are important when designing pipelines and risers in order to make sure operations are safe and also to reduce interventions. A great number of research, work and experimental data demonstrate the importance of studying this subject. In this work the Computational Fluid Dynamics (CFD) is used to study submarine pipelines laid on uneven seabed and under free span condition. The OpenFOAM® software is employed to investigate the characteristics of the flow and to estimate the hydrodynamics forces. Two kind of dimensional simulations were carried out with a cylinder and a plane wall representing, respectively, a cross-section of a pipeline and the seabed under free span condition. The first kind of simulation is for a stationary cylinder and the second is for an oscillating cylinder. Flow is analyzed for several gap ratios, frequencies and amplitudes. The computational results are compared with available experimental and simulated data from literatureMestradoExplotaçãoMestre em Ciências e Engenharia de Petróleo6000.0080406124FINE