[pt] A questão da poluição ambiental está recebendo cada vez mais importância. Por esse motivo, os estudos relacionados a processos de dispersão de poluentes estão ganhando cada vez mais destaques. Como estudos em campo são mais custosos, os estudos realizados em laboratório, com modelos reduzidos, estão sendo mais aplicáveis, uma vez que permitem análises de problemas específicos. Este trabalho tem como objetivo realizar um estudo exploratório em um túnel de vento do comportamento de uma pluma emitida por uma chaminé, que permita modificações nas condições de velocidade e temperatura da pluma. Para isso, foi realizada a reprodução da camada limite atmosférica, através do Método de Irwin, simulando um ambiente suburbano, em que o perfil de velocidades média foi medido com a técnica de Anemometria de Fio Quente. Foram realizados ensaios para três condições do escoamento principal e levantados os perfis de velocidade e intensidade turbulenta à jusante da chaminé. Foi realizado um estudo da inclinação da pluma, tanto pela influência da velocidade, quanto pela diferença de temperatura da pluma em relação à do escoamento principal, que foi variada em 10 e 20 graus Celsius. As análises de concentração foram possíveis através das imagens obtidas com a técnica de Velocimetria por Imagem de Partículas. Foram feitas análises do perfil de concentração a diferentes posições a sotavento da chaminé e o coeficiente de dispersão vertical obtido foi comparado com diversas literaturas conhecidas. / [en] Environmental pollution issue is becoming increasingly important. For this reason, studies related to processes of atmospheric dispersion of pollutants are gaining prominence. Since studies in situ are expensive, laboratory studies with reduced models are useful, since specific problem can be investigated. The present work performs an experimental study, in a wind tunnel, evaluating the behavior of a plume generated by a chimney. For this, the reproduction of the atmospheric boundary layer was made, using the Irwin method, simulating a suburban environment, in which the mean velocity profile was measured with the Hot Wire Anemometry technique. Tests were performed for three main flow conditions and the profiles of velocity and turbulent intensity were made upstream of the stack. A study of the bent of the plume was made, both by the influence of the velocity, and by the temperature difference between the plume and the main flow, that was varied at 10 and 20 degrees Celsius. The concentration analyzes were possible through the images obtained with the Particle Image Velocimetry technique. Concentration profile analyzes were performed at different leeward positions of the chimney and the vertical dispersion coefficient obtained was compared with several known literatures.

[pt] O estudo fundamental de estruturas turbulentas próximas a paredes é de significativa importância devido ao seu papel dominante em inúmeras aplicações de engenharia. Em escoamentos turbulentos, estruturas de diferentes escalas interagem entre si através de um fenômeno complexo caracterizado por um processo contínuo e auto-sustentável. Embora a presença de padrões de movimento coerente pareça ser responsável pela manutenção da turbulência, a evolução e a interação destas estruturas ainda não são completamente entendidas. Para investigar tais fenômenos, foram realizados estudos de escoamentos turbulentos próximos a paredes sobre uma placa plana em um túnel de vento e dentro de um canal de água quadrado. O presente trabalho empregou uma técnica tomográfica de velocimetria por imagem de partícula de alta taxa de medição de campos de velocidade tridimensionais. O processamento da técnica tomo-PIV foi otimizado a fim de melhorar o desempenho do algoritmo e a exatidão dos campos vetoriais medidos. As medições realizadas permitiram a obtenção de estatísticas condicionais das estruturas coerentes típicas da camada limite turbulenta, tais como regiões de baixa e de alta velocidades, varreduras (sweeps), ejeções (ejections) e vórtices. Os resultados quantitativos mostraram vórtices distribuídos por todo o escoamento, entretanto, concentrados na vizinhança das regiões de baixa velocidade e ejeções. Os resultados indicaram que os vórtices estavam indiretamente correlacionados com o processo de produção de turbulência, apesar de serem os principais responsáveis pela dissipação da energia turbulenta. / [en] The fundamental study of turbulent structures near a wall is of significant importance due to its dominant role in innumerous engineering applications. In turbulent flows, eddies of different scales interact with each other in a complex phenomenon of a continuous self-sustaining process. Although the presence of patterns of coherent motion seem to be responsible for the maintenance of turbulence, the evolution and the interaction of these structures are still not completely understood. To investigate such phenomena, near-wall turbulent flows over a smooth at plate in a wind tunnel and inside a square water channel were conducted. The present work employed a high-repetition tomographic PIV technique to measure three dimensional, time-resolved velocity fields. The tomo-PIV processing was optimized in order to improve the algorithm performance and the vector fields accuracy. Conditional statistics of coherent structures, namely, lowand high-speed regions, sweeps, ejections and vortices, were computed. Quantitative results showed vortical structures spread all over the flow, nevertheless, concentrated close to low-speed regions and ejections. Results indicated that vortical structures were indirectly correlated with the process of turbulence production, although they were the main responsible for the turbulent energy dissipation. / [fr] L étude fondamentale des structures turbulentes proche d une paroi est d une significative importance en raison de son rôle dominant dans nombreuses applications d ingênierie. Dans les écoulements turbulents, des structures d échelles différentes interagissent dans un phénomène complexe caractérisé par un processus autonome et continu. Bien que la présence de modéles de mouvements cohérents semble entretenir la turbulence, l évolution et l interaction de ces structures ne sont pas encore complétement compris. Pour analyser ces phénomènes, l étude d écoulements turbulents à proximité de paróis a été effectuées sur une plaque plane dans une soufflerie et à l intérieur d un canal hydraulique de section carrée. Une technique tomographique de vélocimétrie par images de particules pour mesurer de champs de vitesse tridimensionnel a été employée. Le traitement des données a été optimisé afin d améliorer la précision des champs de vecteurs mesurés. Les mesures realisés ont permis d obtenir des statistiques conditionnelles des structures cohérentes, à savoir, les régions à faible et à grande vitesse, les sweeps, les ejections et les tourbillons. Les résultats quantitatives ont montré des structures tourbillonnaires distribués sur tout le ux, cependant, concentrée au voisinage des régions à faible vitesse et des ejections. Les rèsultats ont indiqué que les structures tourbillonnaires étaient indirectement corrélés avec le processus de production de la turbulence, bien qu ils ont été les principaux responsables de la dissipation d énergie turbulente.

[pt] O estudo de bolhas de separação laminar em aerofólios que operam a baixos números de Reynolds é importante para diversas aplicações tais como: turbinas a gás, geradores eólicos, veículos aéreos não tripulados, dentre outros. A perda de performance desses equipamentos, normalmente, está associada à presença e à ruptura de bolhas de separação. Neste trabalho buscou-se investigar, experimentalmente, os efeitos relacionados a variação súbita no nível de perturbações do escoamento a montante da região de formação da bolha. A ideia é avaliar como o escoamento se comporta em uma situação onde o nível de turbulência do escoamento livre pode variar. No caso de turbinas, essa condição pode ser observada quando as esteiras dos aerofólios de um estágio influenciam aquelas do estágio seguinte. Apesar da relevância prática, o regime transiente foi pouco investigado na literatura. Para o presente estudo foi utilizado um canal de água do Laboratório de Engenharia de Fluidos. O gradiente de pressão, necessário para a formação da bolha, foi gerado com uma placa convergente-divergente e o nível de perturbações na camada limite foi controlado através de um gerador do tipo fita vibrante. Os campos de velocidades na região da bolha foram medidos com a técnica de Velocimetria por Imagem de Partícula com alta resolução temporal. A geração de perturbações e as medições de velocidade foram sincronizadas, permitindo assim o uso de técnicas de extração de médias de eventos. Caracterizou-se a bolha em um regime estacionário, onde não houve excitação de perturbações controladas a montante da bolha. Os resultados foram comparados com referências da literatura, apresentando boa concordância. No regime transiente, analisou-se o escoamento desde o instante em que o gerador de perturbações foi subitamente desligado até a recuperação completa da bolha. Nessas condições, notou-se que bolha cresceu até atingir um comprimento maior do que o observado no regime estacionário. Somente após o desprendimento de um grande vórtice, a bolha voltou a exibir características similares àquelas do regime estacionário. Esse comportamento se assemelha àquele reportado na literatura para ruptura de bolhas (bursting) mas que ainda não é bem compreendido. / [en] Laminar separation bubbles in Low Reynolds number airfoils is important for several applications such as: gas turbines, wind generators, unmanned aerial vehicles, among others. The performance loss of this airfoils is usually associated with the presence and rupture of separation bubbles. The effects related to the sudden variation of the level of flow disturbances upstream of the bubble formation region are investigated in this work. The idea is to evaluate how the flow behaves when subjected to a sudden variation in the freestream turbulence. This condition can be observed in airfoil cascade of turbines, where the wake of a previous stage can influence the next. Although this scenario is of practical relevance, it has been poorly investigated in literature. For the present study, a water channel from the Fluids Engineering Laboratory was used. The pressure gradient, necessary for the bubble formation, was generated with a convergentdivergent plate and the level of disturbances in the boundary layer was controlled using a vibrating ribbon. Velocity fields in the bubble region were measured using the Particle Image Velocimetry technique with high temporal resolution. The generation of disturbances and measurements were phase locked, thus allowing the use of ensemble average techniques. The bubble was characterized in a so called steady regime, where there was no excitation of controlled disturbances upstream of the bubble. The results were compared with references in the literature, showing good agreement. In the transient regime, the flow was analyzed from the moment the disturbance generator was suddenly turned off until the bubble had completely recovered. In these conditions, it was noted that the bubble grew until reaching a length greater than that observed in the stationary regime. Only after the release of a large vortex did the bubble return to exhibit characteristics similar to those of the stationary regime. This behavior is similar to that reported in the literature for bubble rupture (bursting) but that is still not well understood.