Visualization of viscoplastic fluid flow in an abrupt contraction using particle image velocimetry

• Autor(a) principal: Garcia Blanco, Yamid Jose
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: eng
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4769
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS; Escoamento; Viscoelasticidade; Dinâmica dos fluidos; Plasticidade; Fluidos newtonianos; Fluidos não-newtonianos; Runoff; Viscoelasticity; Fluid dynamics; Plasticity; Newtonian fluids; Non-Newtonian fluids; Engenharia Mecânica

No presente estudo experimental analisamos as especificidades do escoamento de fluidos viscoplásticos, especialmente neste caso as soluções de Carbopol em regime laminar e turbulento através de uma contração abrupta com razão de β = 1:85. O perfil e o coeficiente de queda de pressão na contração são obtidos a partir da entrada de diferentes números de Reynolds, Re0D. Os campos vetoriais de velocidade instantâneos são obtidos para Re0D entre 1 e 10 000, usando a velocimetria por imagem de partícula (PIV-2D), verificando campos vetoriais de velocidade média e quantidades turbulentas de primeira ordem, tais como flutuações de velocidade radial e axial, bem como comportamento da velocidade da linha central, estruturas de vórtices e visualização de regiões não cisalhadas. Observa-se que o coeficiente de queda de pressão para o escoamento de fluido viscoplástico depende diretamente do número de Reynolds no regime laminar e atinge um valor constante para condições turbulentas, apresentando boa concordância com os dados disponíveis na atual literatura. Os perfis de velocidade ao longo da seção de teste apresentam valores inferiores aos obtidos para fluidos Newtonianos em ambos regimes e variam seu comportamento de acordo com as propriedades reológicas de cada solução. Ademais verificam-se flutuações turbulentas similares ao comportamento Newtoniano, apenas com discreta diferença nos perfis radiais. Nota-se que as regiões não cisalhadas deformam-se com o aumento do número de Reynolds e são substituídas por estruturas de vórtice à medida que o escoamento atinge condições de transição, obtendo uma variação do diâmetro efetivo na entrada da contração. O desenvolvimento da estrutura do vórtice foi estudado usando técnicas quantitativas baseadas na taxa de deformação e nos tensores de vorticidade, obtendo assim informações mais precisas sobre seu comportamento no escoamento de fluidos viscoplásticos. Dessa forma, pode-se determinar uma relação entre o número de Reynolds de entrada e o número de Reynolds no plano da contração, independente dos parâmetros reológicos devido às altas taxas de cisalhamento nessa região.