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Authors
Abstract(s)
The seismography study in the oceans is extremely important for tsunami prevention. It is estimated that annually are detected over 500000 and, in most cases, the epicenter is at the
ocean. Thus, its premature detection would be an asset to avoid both human and material
losses. Nowadays, Ocean Bottom Seismometers (OBS) are used as instruments of seismic detection. The price of these instruments greatly influences their accuracy, which may cause
different frequency ranges to be detected. One of the main issues of these instruments is the
noise generated by the flow. This noise, depending on its frequency, can corrupt the signal
transmitted. For this reason, it is crucial to study, hydrodynamically, the geometry that generates less noise, in order to avoid undesired alarms.
This project has the objective of analysing, through OpenFOAM (Open-source Field Operation
And Manipulation) software, the flow behavior around a cylinder, to identify, filter and/or eliminate the undesired frequencies induced by the flow. The maximum velocity considered for this
study is 0.08 [m/s], which combined to the flow characteristics and the geometry intended to
study, resulted in a Reynolds number of 80000. For this study, the equations utilized were Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes (URANS) with the turbulence model ?-? Shear Stress
Transport (SST).
In order to understand which was the flow-induced frequency variation, different OBS aspect
ratios were analysed. It was observed that the induced frequency would decrease with the
reduction of the aspect ratio. Following this, it was analysed with a scale 1:1 the conceptual
configuration, which the result indicated a maximum frequency of 0.0057 [Hz]. Therefore, in
order to minimize the noise generated by the flow, two alternative geometries were suggested:
a cylinder with a spherical hubcap and a cylinder with three helical strakes. In the end, it was
possible to achieve a 60% reduction in the induced frequency, with the cylinder with a spherical
hubcap configuration.
Along with the suggested modification, it is possible to obtain results that do not compromise the
correct functioning of the seismograph. Failing to eliminate completely the noise, an electronic
filter should be developed, so that these unwanted frequencies could be identified and excluded
from the sample.
O estudo da sismografia no fundo dos oceanos é de extrema importância para prevenção de tsunamis. Estima-se que cerca de 500000 sismos são detetados anualmente, sendo que na maioria dos casos o epicentro está localizado nos oceanos. Deste modo, a sua deteção precoce seria uma mais valia para evitar, quer perdas humanas, quer perdas materiais. Atualmente utilizamse sismómetros no fundo dos oceanos (OBS) como instrumentos de deteção sísmica. O preço destes instrumentos influencia bastante a sua precisão, o que poderá fazer com que sejam detetados diferentes intervalos de frequência. Um dos problemas que estes aparelhos apresentam é o ruído gerado pelo escoamento. Ruído este que, dependendo da sua frequência pode corromper o sinal transmitido. Por isso, é crucial estudar, hidrodinamicamente, a geometria que menos ruído gera, a fim de evitar alarmes indesejados. O presente trabalho tem como principal objetivo analisar, através do software OpenFOAM (Opensource Field Operation And Manipulation), o comportamento do escoamento em torno de um cilindro, de forma a poder identificar, filtrar e/ou eliminar as frequências indesejadas induzidas pelo escoamento. A velocidade máxima considerada para este estudo é 0.08 [m/s], que aliada às características do fluido e da geometria que se pretende estudar, resultou num número de Reynolds de 80000. Para este estudo, foram utilizadas as equações de Unsteady ReynoldsAveraged Navier-Stokes (URANS) com o modelo de turbulência ?-? Shear Stress Transport (SST). Foram analisadas diferentes razões de aspeto do OBS para se compreender qual era a variação da frequência induzida pelo escoamento. Foi observado que a frequência induzida pela escoamento decresce com a diminuição da razão de aspeto da geometria. Em seguida, analisou-se a configuração conceptual utilizando a escala 1:1, da qual se obteve uma frequência máxima de 0.0057 [Hz]. Com o objetivo de minimizar o ruido gerado pelo escoamento, foram sugeridas duas geometrias alternativas: um cilindro com uma calota esférica no topo e um cilindro com três cintas espirais. No final, foi conseguido reduzir em 60% a frequência induzida pelo escoamento, com o cilindro com uma calota esférica no topo. Com a modificação sugerida, é possivel obter resultados que não comprometem o correto funcionamento do sismógrafo. Na impossibilidade de eliminar por completo o ruído, pode ser desenvolvido um filtro eletrónico de forma a que estas frequências indesejadas sejam identificadas e excluídas da amostra.
O estudo da sismografia no fundo dos oceanos é de extrema importância para prevenção de tsunamis. Estima-se que cerca de 500000 sismos são detetados anualmente, sendo que na maioria dos casos o epicentro está localizado nos oceanos. Deste modo, a sua deteção precoce seria uma mais valia para evitar, quer perdas humanas, quer perdas materiais. Atualmente utilizamse sismómetros no fundo dos oceanos (OBS) como instrumentos de deteção sísmica. O preço destes instrumentos influencia bastante a sua precisão, o que poderá fazer com que sejam detetados diferentes intervalos de frequência. Um dos problemas que estes aparelhos apresentam é o ruído gerado pelo escoamento. Ruído este que, dependendo da sua frequência pode corromper o sinal transmitido. Por isso, é crucial estudar, hidrodinamicamente, a geometria que menos ruído gera, a fim de evitar alarmes indesejados. O presente trabalho tem como principal objetivo analisar, através do software OpenFOAM (Opensource Field Operation And Manipulation), o comportamento do escoamento em torno de um cilindro, de forma a poder identificar, filtrar e/ou eliminar as frequências indesejadas induzidas pelo escoamento. A velocidade máxima considerada para este estudo é 0.08 [m/s], que aliada às características do fluido e da geometria que se pretende estudar, resultou num número de Reynolds de 80000. Para este estudo, foram utilizadas as equações de Unsteady ReynoldsAveraged Navier-Stokes (URANS) com o modelo de turbulência ?-? Shear Stress Transport (SST). Foram analisadas diferentes razões de aspeto do OBS para se compreender qual era a variação da frequência induzida pelo escoamento. Foi observado que a frequência induzida pela escoamento decresce com a diminuição da razão de aspeto da geometria. Em seguida, analisou-se a configuração conceptual utilizando a escala 1:1, da qual se obteve uma frequência máxima de 0.0057 [Hz]. Com o objetivo de minimizar o ruido gerado pelo escoamento, foram sugeridas duas geometrias alternativas: um cilindro com uma calota esférica no topo e um cilindro com três cintas espirais. No final, foi conseguido reduzir em 60% a frequência induzida pelo escoamento, com o cilindro com uma calota esférica no topo. Com a modificação sugerida, é possivel obter resultados que não comprometem o correto funcionamento do sismógrafo. Na impossibilidade de eliminar por completo o ruído, pode ser desenvolvido um filtro eletrónico de forma a que estas frequências indesejadas sejam identificadas e excluídas da amostra.
Description
Keywords
Carenagem. Dinâmica de Fluidos Computacional (Cfd) Frequência Openfoam Sismómetros de Fundo do Oceano