Numerical investigation on the dynamic response of circular cylinders subject to vortex induced excitation and wake interference

In this work, a critical review of recent research on Vortex-induced Vibrations (VIVs) is presented. Much importance is given to the flow past cylinders as it can well describe the complexity of VIVs related problems around and past bluff bodies. Numerical simulations are performed by means of the CFD code ACEsim, developed and validated for several cases, where generally a cylinder is forced to vibrate by the combined effect of vortex shedding excitations, and by the possibility of being hit by oscillatory flow when the geometry is shifted to tandem arrangement with large cylinder separation (typically L/D = 8). The validation of the CFD Code for those cases allows the determination of the cylinders displacements and frequency ratios that are the typical parameters needed to investigate on VIV and starting point for further implementation of structural design calculations. Moreover, the results available on the literature have been confirmed to be valid and some additional considerations on the amplitude responses have been added to characterize the flow past cylinders, either as an isolated body or for a tandem arrangement where the front cylinder is fixed and rear body is typically vibrating transversally to the flow.

In questo lavoro di tesi viene presentata una critica revisione della attuale ricerca scientifica sulle Vibrazioni indotte da vortici (VIV).Viene attribuita molta importanza al flusso attorno a cilindri poiche’ descrive molto bene la complessita’ dei fenomeni di vibrazioni attorno ed attraverso corpi tozzi. Le simulazioni numeriche sono state condotte con l’ausilio del codice CFD ACEsim, il quale e’ stato sviluppato e validato in differenti casi, ove un cilindro e’ forzato a vibrare dall’effetto combinato di forzanti dovute al distaccamento di vortici e, nel caso in cui si consideri un configurazione tandem con ampie separazioni tra cilindri (tipicamente L/D = 8), dalla possibilit di essere investito da un flusso oscillatorio. La validazione del codice CFD supporta la determinazione dell’oscillazione di vibrazione del cilindro e dei rapporti di frequenza, tipici parametri necessari per l’investigazione di VIV e punto di inizio per l’implementazione di ulteriori calcoli strutturali. Nel presente lavoro, i risultati disponibili in letteratura sono stati confermati essere validi e sono state documentate ulteriori considerazioni circa l’ampiezza di vibrazione per caratterizzare il flusso attorno ai cilindri, sia questo isolato o in una configurazione tandem, ove tipicamente il corpo frontale e’ fisso mentre il posteriore vibra trasversalmente al flusso.