Análise numérica do escoamento de fluido em tubos elásticos

Abstract

O presente trabalho propõe-se a modelar, analisar, e comparar os efeitos do escoamento de um fluido dentro de um tubo elástico. Esses efeitos, por sua vez, serão ocasionados por uma variação de pressão nesse fluido. Para tanto, através das propriedades físicas e mecânicas do tubo e do fluido, foi calculado o deslocamento da parede do tubo, vazão e velocidade do fluido. Essa modelagem tem como intenção comparar numericamente um arranjo que visa simular uma pulsação com características próximas as do coração humano. Através da construção de duas geometrias cilíndricas que representam domínios distintos (estrutura e fluido) que foram acoplados em sua interface, foi possível fazer um estudo da interação fluido-estrutura (FSI) utilizando o software comercial ANSYS, obtendo assim um estudo tri-dimensional do problema. Os resultados mostraram que o deslocamento da interface fluido-estrutura ocorreu simultaneamente, confirmando, portanto, a correta aplicação do comando FSIN. O fluido é considerado incompressível e Newtoniano e é governado pelas equações de Navier-Stokes. As paredes da estrutura são modeladas a partir da Lei de Hooke. Por fim, uma solução numérica é desenvolvida utilizando o Método dos Elementos Finitos

This project proposes to model, analyze and compare the effects of fluid flow inside an elastic tube. These effects, in turn, will be caused by a variation of pressure in this fluid. Therefore, through the physical and mechanical properties of the tube and fluid was calculated the displacement of the tube wall, flow and velocity of the fluid. The Modeling intends to compare numerically an arrangement that aims to simulate a heartbeat with characteristics similar to the human heart. Through of building two cylindrical geometries representing different domains (structure and fluid) that were engaged in its interface, it was possible to study the fluid-structure interaction (FSI) using the commercial software ANSYS, thereby obtaining a three-dimensional study. The results showed that the displacement of the interface fluid-structure occurred simultaneously, thereby confirming the correct application of the command FSIN. The fluid is considered incompressible and Newtonian and is governed by the Navier-Stokes equations. The walls of the structure are modeled from the Hooke's Law. Finally, a numerical solution is developed using the Finite Element Method