Determination of increased mean drag coefficients for a cylinder vibrating at low values of Keulegan-Carpenter number

Resumo

Determinación de coeficientes de arrastre aumentados para un cilindro que vibra con valores bajos del número Keulegan-Carpenter

Determinação dos coeficientes de arrasto incrementados para um cilindro vibrando a baixos valores de número Keulegan-Carpenter

Abstract

There is an increasing demand for the development of a reliable technology for wind turbines in deepwaters.Therefore, offshore wind turbine technology is receiving great amount of attention by the research community. Nevertheless, the dynamic response prediction of the support system for offshore wind turbines is still challenging due to the nonlinear and self-regulated nature of the Vortex Induced Vibration (VIV) process. In this paper, the numerical implementation of a computational fluid dynamics-based approach for determination of increased mean drag coefficient is presented. The numerical study is conducted at low values of Keulegan-Carpenter number in order to predict the increment of drag force due to cross-flow motion. The simulation results are then compared with previously developed empirical formulations. Good agreement is observed in these comparisons.

Keywords:computational fluid dynamics, vortex-induced vibration, drag coefficient; inertia coefficient, Keulegan- Carpenter number, cross-flow motion.

Resumen

Existe una demanda en aumento en favorecer el desarrollo de una tecnología confiable para turbinas eólicas en aguas profundas. Por lo tanto, la tecnología de turbinas eólicas de ultramar ha recibido gran atención por la comunidad de investigadores. Sin embargo, la predicción de respuesta del sistema de soporte para turbinas eólicas de ultramar es aún un reto debido a la naturaleza no lineal y auto regulada del proceso de generación de vórtices inducidos por vibración. En este artículo, la implementación numérica de un procedimiento basado en la dinámica de fluidos computacional para la determinación de coeficientes de arrastre aumentados es presentada. El estudio numérico es efectuado para valores bajos de números de Keulegan-Carpenter con el propósito de predecir el incremento de la fuerza de arrastre debido al movimiento transversal al flujo. Los resultados de la simulación son comparados con formulaciones empíricas previamente desarrolladas. Buena concordancia es observada en estas comparaciones.

Palabras Clave:dinámica de fluidos computacional, vibración inducida por vórtices, coeficiente de arrastre,

coeficiente de inercia, número de Keulegan-Carpenter, vibración transversal al flujo.

Resumo

Há uma crescente demanda para apoiar o desenvolvimento de uma tecnologia confiável para turbinas eólicas em águas profundas. Portanto, a tecnologia de turbinas eólicas ultramar tem recebido grande atenção por parte da comunidade cientifica. No entanto, a previsão de resposta do sistema de suporte para turbinas eólicas ultramar ainda é um desafio devido à natureza não-linear e auto-regulada do processo de geração de vórtices induzidos por vibração. Este artigo, descreve a implementação numérica de um procedimento baseado na dinâmica computacional de fluidos para determinar os coeficientes de arrasto incrementados. A análise numérica é realizada para valores baixos de números Keulegan–Carpenter, com a finalidade de prever o aumento da força de arrasto, devido ao movimento transversal ao fluxo. Os resultados da simulação são comparados com as formulações empíricas anteriormente desenvolvidas. Bons resultados são observados nessas comparações.

Palavras-chave:dinâmica computacional de fluidos, vibração induzida por vórtices, coeficiente de arrasto, coeficiente de inércia, número de Keulegan - Carpenter, vibração transversal ao fluxo.

Riveros CA, García EF, Rivero JE. Determination of increased mean drag coefficients for a cylindervibrating at low values of Keulegan- Carpenter number. rev.ion. 2014;27(1):7-15.