Desenvolvimento de um simulador simplificado para estudo de geração de ondas em tanques dotados de geradores segmentados.

Abstract

Ao meu orientador, Prof. Dr. Alexandre Nicolaos Simos, por todo o apoio, encorajamento e orientação durante o mestrado. Ao Prof. Dr. Kazuo Nishimoto, pela idealização do projeto e pelos anos de aprendizado no TPN. Ao Prof. Dr. Celso Pupo Pesce, por todos os comentários e sugestões feitos no texto da qualificação. À Minako, pelo apoio e carinho. Ao Pedro e ao Mário, pela ajuda nas discussões sobre a geração de ondas e por fornecer os dados dos ensaios de geração que fizeram, utilizados neste trabalho para validação. Aos amigos do laboratório do Departamento de Engenharia Naval e Oceânica, Carlos, João e Marlei, pela ajuda com os meus primeiros ensaios de geração de onda. Ao André, pela ajuda durante o período no Japão e à todo pessoal do TPN, onde comecei este trabalho. À Escola Politécnica da USP pela oportunidade na realização deste trabalho. E, finalmente, a todos que contribuíram direta ou indiretamente para a realização deste trabalho Resumo Este trabalho trata do desenvolvimento de um simulador simplificado para auxiliar no estudo da geração de ondas regulares em tanques de provas dotados de geradores segmentados, com foco em estudos sobre o Calibrador Hidrodinâmico, tanque de provas inaugurado na Universidade de São Paulo no ano de 2010. Este simulador simplificado utiliza fontes de onda pontuais para representar cada gerador e tem como sua principal vantagem, a economia de tempo em comparação a análises do problema de contorno potencial realizadas no domínio da freqüência utilizando, por exemplo, o método dos elementos de contorno. A verificação da validade da ferramenta desenvolvida foi feita através de comparações do caso bidimensional com ensaios realizados em um canal de ondas e, no caso tridimensional, com resultados fornecidos pelo programa Wamit, o qual resolve o problema de contorno potencial. Nestas comparações, o simulador demonstrou seu potencial, atingindo bons resultados. Uma vez validada, a ferramenta foi utilizada para analisar três diferentes configurações de operação do Calibrador Hidrodinâmico que podem vir a ser implementadas no futuro. As análises mostram que nenhuma das configurações é a melhor para todas as combinações de períodos e direções de propagação nas quais o tanque pode operar e podem servir como base para a definição de um procedimento de operação que vise garantir maior flexibilidade na utilização do tanque de provas mantendo a qualidade do campo de ondas gerado para os ensaios.

Verificação e Validação de um Modelo Numérico para Abordagem do Escoamento em um Canal de Ondas

“…William Froude (1810-1879, no qual eram executados ensaios com embarcações em escala reduzida para, através de medidas de sua resistência ao avanço, estabelecer previsões para força de resistência experimentada pelas embarcações. Com o aumento da demanda do conhecimento da performance de embarcações sob a ação de ondas, gradualmente os tanques foram equipados com geradores de ondas (Quadrante, 2011 A equação de conservação da massa para a mistura ar e água em um escoamento isotérmico, laminar e incompressível é dada por: onde ρ é a massa específica da mistura (kg/m³) e v ⃗ é o vetor de velocidade do escoamento (m/s).…”