[pt] Os elementos combustíveis de reatores nuclear são geralmente constituídos por feixes de barras contendo as pastilhas de combustível montadas em arranjos de geometria triangular ou quadrada, através dos quais o fluido refrigerante escoa axialmente. O projeto térmico desses elementos só pode ser efetuado se informações sobre o processo de retirada de calor pelo fluido refrigerante são disponíveis, o que exige uma descrição detalhada do campo de velocidades do escoamento. No presente trabalho são utilizados um modelo de turbulência de zero equações e uma lei da parede para transferência de energia na obtenção dos campos de velocidades e temperaturas do escoamento, e também das distribuições angulares da tensão cisalhante e do Número de Nusselt na parede de um subcanal típico de elemntos combustíveis nucleares, para escoamentos turbulentos, em regime permanente, totalmente desenvolvidos, de fluidos, incompressíveis e assumindo propriedades independentes da temperatura com escoamentos axiais através de arranjos triangulares de barras com diferentes razoes de aspectos (P/D) e diferentes Números e Reynolds (Re). Os resultados são comparados com resultados experimentais de outros autores, obtidos da literatura, e apresentam boa concordância. / [en] Nuclear fuel elements generally consists of cladding rods containing the fuel pellets, with the coolant flowing axially through them. The thermal design of such elements only can be carried out if information about the heat transfer process to the coolant be avaiable, wich demmands a detailed description of the velocity field of flow. In the present work a zero equation model of turbulence and a wall law to energy transfer are applied to compute the velocity and temperature fields, and also the angular distribution of local wall sheat stress and nusselt number in the wall of a typical subchannel of nuclear fuel elements, for turbulents and fully developed flows,steady state, with incompressible, temperature independent fluids, flowing axially through triangular arrays of rods in differents aspect rations (P/D) and Reynods number (Re). The results are compared with experimental data of others authors, obtained from literature and show agreement.

[pt] O escoamento entre cilindros concêntricos com rotação do cilindro interno com a imposiçãao de um gradiente axial de pressão foi estudado experimentalmente. A razão de raios era (n)= 0, 64 e razão de aspecto era (r) = 265. O fator de atrito e campos de velocidade foram estudados para quatro rotações diferentes do cilindro interno e para os três regimes de escoamento, laminar, transição laminar- turbulento, e turbulento. Os Campos de velocidades foram obtidos através da técnica de Velocimetria por Imagem de Partículas (PIV). Os resultados para os fatores de atrito revelaram que a influência da rotação é mais pronunciada para regimes laminares e de transição. Para estes dois regimes o aumento observado foi de 100% de f/f0. Para o regime de escoamento turbulento, o aumento foi decrescendo gradativamente até o valor de 10% de f/f0 para Reaxial = 8458. Os campos de velocidade instantâneos relevaram padrões complexos do escoamento. Os perfis de velocidade axial médios tomavam uma forma achatada com o aumento da rotação do cilindro interno e do número de Reynolds axial. Para o regime de escoamento turbulento a influência da rotação do cilindro nos perfis de velocidade era pequena. / [en] The flow between concentric cylinders with an inner rotating cylinder with an imposed pressure-driven axial flow was studied experimentally. The radius ratio was (n) = 0, 64 and the aspect ration was (r) = 265. Friction factor and velocity fields were studied for four rotations of the inner cylinder and for laminar, transitional, and turbulent flow. Velocity fields were measure by Particle Image Velocimetry (PIV). The results for friction factor showed that the influence of the rotation is more apparent for laminar and transitional flow, increasing with the rotation of the inner cylinder. For these two flows, the increasing was 100% of f/f0. For turbulent flow, the increasing was gradualy decreasing to 10% of f/f0 for Reaxial = 8458. Instantaneous velocity fields showed complex flow patterns. The time average axial velocity profiles showed a top hat like form with the increasing of inner cylinder rotation and axial Reynolds numbers. For turbulent flow, the influence of rotation in the velocity profiles was small.

[pt] O presente trabalho investigou a queda de pressão em escoamento através de um espaço anular com rotação do cilindro interno. A motivação para o trabalho veio da aplicação desta configuração em diversas situações de interesse industrial, como reatores químicos catalíticos, filtros e nas operações de perfuração de poços produtores de petróleo e gás. O estudo realizado foi conduzido em uma seção de testes especialmente projetada e construída, formando um espaço anular com razão de raios de 0,65 e com um comprimento de 256 diâmetros hidráulicos, suficiente para garantir o desenvolvimento hidrodinâmico do escoamento nos regimes laminar e turbulento. O trabalho investigou a queda de pressão ao longo do espaço anular como função da vazão, dada pelo número de Reynolds, e da rotação do cilindro interno, caracterizada pelo número de Reynolds rotacional. A faixa de números de Reynolds investigada foi de 260 a 10000, enquanto o Reynolds rotacional variou de 60 a 1000. Dois fluidos de trabalho foram utilizados nos testes: água e uma mistura de água e glicerina. Os resultados para a queda de pressão foram apresentados na forma de fatores de atrito hidrodinâmicos. Testes preliminares para o caso do cilindro interno sem rotação foram realizados e comparados com resultados da literatura, com o objetivo de validar a seção de testes e o procedimento experimental. Os resultados apresentados mostraram boa concordância com valores disponíveis na literatura tanto para o caso de escoamento laminar , quanto para escoamento turbulento. Para os casos de baixos números de Reynolds, os resultados mostraram que a rotação do cilindro interno provocava um pico na razão entre o fator de atrito com rotação e sem rotação para um valor do número de Reynolds da ordem de 500. Aumentos da ordem de 15% foram verificados. / [en] The present work investigated the pressure drop generated by the flow through an annular configuration with rotation of the inner cylinder. The motivation for the work comes from the several industrial application of the configuration, such as chemical reactors, filters and in drilling operations for oil and gas wells. The experimental study was conducted in a specially designed test section forming an annular space with radius ratio of 0.65 and a length equivalent to 265 hydraulic diameters, what guaranteed the hydrodynamic development of the flow for the laminar and turbulent regimes. The study investigated the pressure drop along the annular space as a function of the flow rate, given by the Reynolds number, and of the rotation of the inner cylinder, given by the rotational Reynolds number. The range of Reynolds number investigated was from 260 to 10,000, while the rotational Reynolds number was varied from 60 to 1,000. Two fluids were employed in the testes; water and a mixture of water and glycerol. The pressure drop results were presented in the form of dimensionless friction factors. Preliminary tests for the case of no rotation of the inner cylinder were compared with results available in the literature, in order to validate the test section and the experimental procedure. The results displayed good agreement with the literature for both laminar and turbulent regimes. For the low Reynolds number test cases, the results obtained have shown that the inner cylinder rotation induces a peak in the distribution of the ratio of friction factor to the friction factor without rotation. The peak, of about 15%, is found for Reynolds numbers of the order of 500.