Estudo sobre escoamentos críticos em microorifícios e capilares.

• Autor(a) principal: Kawakita, Kazuto
• Data de Publicação: 1999
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3132/tde-23072024-112055/
• topic: Engenharia mecânica; Escoamento; Flow; Gases; Gases; Mechanical engineering

Os objetivos deste trabalho foram o estudo de escoamentos críticos de gases em orifícios e tubos capilares de dimensão reduzida e a comprovação da possibilidade de utilização do fenômeno de blocagem para fins de medição e controle de baixas vazões de gás. Foram realizadas investigações experimentais utilizando-se um conjunto de 29 microorifícios de seção transversal circular construídos em rubi, cerâmica verde e aço inoxidável, com diâmetros variando na faixa de 16 a 427 \'micrômetros\', e comprimentos de 254 \'micrômetros\' a 68 mm, com relações de comprimento pelo diâmetro na faixa de 0,60 a 160. O trabalho experimental foi desenvolvido utilizando-se ar, argônio, C\'O IND.2\' e hélio como gases de teste, e os microdispositivos foram submetidos a regimes de operação pressurizada, e sob vácuo, ao longo de relações de \'pressões nos reservatórios de descarga e de suprimento\' até da ordem de 0,1. Os resultados obtidos indicaram que regimes críticos de escoamento são estabelecidos mesmo em elementos de restrição de pequena dimensão, existindo porém uma diferença significativa entre os comportamentos verificados para uma operação sob vácuo e outra sob pressão. A blocagem do escoamento em uma operação sob vácuo é estável e ocorre mesmo em baixos números de Reynolds, da ordem de 40. Entretanto, a blocagem de um escoamento sob uma operação pressurizada é variável, e depende da relação de \'pressões nos reservatórios dedescarga e desuprimento\' do fator de compressibilidade do gás utilizado, do fator de atrito e das dimensões do orifício. Em um regime de operação pressurizada, foi possível verificar que quanto menor o diâmetro do orifício, menos estável é o processo deblocagem do escoamento. ) Com a finalidade de auxiliar na análise dos fenômenos observados, foi feito uso de um modelo teórico baseado em um escoamento isoentrópico-Fanno, e também foram realizadas simulações numéricas do escoamento, que permitiram verificar que o desenvolvimento do perfil de velocidades é nitidamente diferente nestes dois regimes críticos estudados.