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Título: Visualização de escoamento turbulento de fluido newtoniano em contrações abruptas com a técnica PIV
Título(s) alternativo(s): Visualization of turbulent flow of a newtonian fluid in abrupt contraction with PIV technic
Autor(es): Wendt, Elis Marina Schvan
Orientador(es): Franco, Admilson Teixeira
Palavras-chave: Tubulação
Escoamento
Visualização
Fluidos newtonianos
Engenharia mecânica
Piping
Runoff
Visualization
Newtonian fluids
Mechanical engineering
Data do documento: 17-Dez-2015
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Referência: WENDT, Elis Marina Schvan. Visualização de escoamento turbulento de fluido newtoniano em contrações abruptas com a técnica PIV. 2015. 105 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2015.
Resumo: Contrações abruptas são amplamente utilizadas em tubulações e em equipamentos de processos industriais que envolvem escoamento de fluidos newtonianos e não newtonianos. O presente trabalho tem como objetivo estudar o escoamento de água em contrações abruptas de razões de contração β=2,27 e 4,39. Para visualização do escoamento foi utilizada a técnica PIV que consiste em adquirir pares de imagens em determinado intervalo de tempo de partículas adicionadas ao escoamento que são iluminadas por um feixe plano de laser. Utilizam-se correlações as quais identificam as partículas nas duas imagens, medindo seu deslocamento e, a partir dele, o vetor velocidade é calculado. Para validação da técnica foram realizados testes com água em tubo liso para escoamentos turbulentos de números de Reynolds Re=4900, 10000, 17800 e 24600. Na contração abrupta de razão de contração β=2,27 foram realizados testes para números de Reynolds a montante da contração ReD=4900, 10000, 17800 e 24600. Para a contração abrupta de razão de contração β=4,39 foram realizados testes para números de Reynolds a montante da contração ReD=4900, 7500, 10000 e 13500. A partir dos mapas vetoriais de velocidade obtidos pelo sistema PIV foram apresentados como resultados mapas escalares de velocidade e perfis de velocidade média na região do tubo a montante da contração, onde foi possível observar o desenvolvimento do escoamento conforme se aproxima da contração. O diferencial de pressão também foi medido e o coeficiente de queda de pressão na contração foi calculado. Os resultados se mostraram satisfatórios quando comparados com a literatura. A técnica PIV se mostrou eficaz para visualização de campos de velocidades.
Abstract: Abrupt contractions are largely used in pipes and equipment in industrial processes involving the flow of Newtonian and non-Newtonian fluids. This work aims to study the water flow in abrupt contractions with contraction ratios β=2,27 e 4,39. To visualize the flow the PIV technique was used that consists in acquire pairs of images at a certain time interval of particles added to the flow which are illuminated by a laser plane. Correlations which identify the particles in the two images are used, measuring its displacement and, from it, the velocity vector is calculated. To validate the technique were performed tests on water with smooth pipe for turbulent flow at Reynolds numbers Re=4900, 10000, 17800 and 24600. In abrupt contraction with contraction ratio β=2,27, tests were conducted at Reynolds numbers amount of contraction ReD=4900, 10000, 17800 and 24600. In abrupt contraction with contraction ratio β=4,39, tests were conducted at Reynolds numbers amount of contraction ReD=4900, 7500, 10000 and 13500. From the velocity vector maps obtained by the PIV system, results are presented as velocity scalar maps and average velocity profiles in the region of the tube upstream the contraction, which could be observed the flow development as approaches the contraction. The differential pressure was also measured in order to calculate the pressure drop coefficient of contraction. The results were satisfactory compared to the literature. The PIV technique has proven effective on velocity fields visualization
URI: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/10141
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