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Type: Dissertação
Title: Separação da camada limite turbulenta em Fluidos não-Newtonianos tipo lei de potência
Author(s)/Inventor(s): Castellanos Gonzalez, Leonardo José
Advisor: Freire, Atila Pantaleão Silva
Co-advisor: Loureiro, Juliana Braga Rodrigues
Abstract: O presente estudo apresenta uma análise teórica experimental do comportamento de escoamentos turbulentos de fluidos newtonianos e não newtonianos tipo lei de potencia submetidos a um gradiente adverso de pressão. Embora o estudo deste fenômeno constitui um tema de pesquisa de grande importância industrial, modelos e dados experimentais que o descrevem são limitados, isto posto, o propósito do trabalho é contribuir para uma melhor compreensão dos mecanismos que regem o comportamento geral deste tipo de escoamentos. Dentro deste contexto conduziram-se extensas campanhas de medição empregando a princípio, a técnica de velocimetria por imagem de partículas para caracterizar e obter dados do comportamento global dos escoamentos. Posteriormente, e com o intuito de debelar a estrutura da camada limite, particularmente na região adjacente a parede, medições com anemometria laser Doppler foram realizadas em várias estações, localizadas antes e durante a separação. Para realizar os testes foi projetado e construído, um túnel d’Água bidimensional, com uma seção de teste feita de acrílico transparente. Três geometrias foram analisadas: A primeira, um degrau com uma com uma razão de aspecto de 2: 1 e a seguir duas rampas suaves com inclinação de 15 e 30 graus, respectivamente. Para o caso não newtoniano, foi usada uma solução aquosa de Carboximetilcelulose de sódio, o qual após ensaios em reômetro apesentou um comportamento totalmente reofluidificante. Os procedimentos implementados contribuíram na obtenção de novos dados experimentais para a caracterização deste fenômeno, introduzindo uma nova teoria no estudo da separação analisando além da tensão cisalhante na parede, a influência da turbulência e do numero de Reynolds na posição do ponto de separação e recolamento da camada limite turbulenta.
Abstract: The present study presents an experimental and theoretical analysis of the behavior of turbulent flows of Newtonian and non-Newtonian power law fluids subjected to and adverse pressure gradient. Although the study of this phenomenon is a topic of research of great industrial importance, models and experimental data that describe it are limited, thus, the purpose of the work is to contribute to a better understanding of the mechanisms that govern the general behavior of this type of flows. Within this context, extensive measurement campaigns were conducted using, at the beginning, the particle image velocimetry technique to characterize and obtain data of the global behavior of the flows. Later, in order to understand the boundary layer structure, particularly in the region adjacent to the wall, measurements with laser Doppler anemometry were performed at several stations, located before and during separation. To perform the tests, a two-dimensional water tunnel was designed and built with a test section made of transparent acrylic. Three geometries were analyzed: the first, a backward facing step with an aspect ratio of 2: 1 and finally two smooth ramp with slopes of θ = 15◦ e 30◦ , respectively. For the non-Newtonian case, a sodium Carboxymethyl cellulose aqueous solution was used, which, after some rheometer tests, showed a totally shear thinning behavior. The implemented procedures contributed to obtaining new experimental data for the characterization of this phenomenon, introducing a new theory in the study of the separation analyzing, besides the shear stress at the wall, the influence of the turbulence and the Reynolds number in the position of the point of separation and re-attachment of the turbulent boundary layer.
Keywords: Separação de camada limite
Fluidos não-newtonianos
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
Department : Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: May-2018
Publisher country: Brasil
Language: eng
Right access: Acesso Aberto
Appears in Collections:Engenharia Mecânica

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