Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Civil, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

[pt] O estudo do escoamento intermitente de gás e líquido é de enorme relevância. Devido a sua vasta ocorrência em diversos problemas industriais, como na indústria do petróleo, em escoamentos de água e vapor em trocadores de calor e em sistemas de refrigeração de usinas nucleares, diversos estudos experimentais e numéricos buscam obter um conhecimento mais profundo deste complexo fenômeno. Devido a esta complexidade, se fazem necessários experimentos detalhados de maneira a dar suporte aos modelos matemáticos desenvolvidos. O presente trabalho descreve um estudo experimental de um escoamento turbulento gás-líquido no regime intermitente para tubo horizontal. As técnicas de velocimetria por imagem de partícula estereoscópica de alta frequência (SPIV ) e fluorescência induzida por laser (LIF) foram usadas para medir todos os três componentes do vetor de velocidade em diferentes seções do tubo, referenciadas pelo nariz da bolha de gás. A seção de testes consistiu de uma tubulação de acrílico com diâmetro interno de 40mm e 17,7m de comprimento. Os fluidos de trabalho utilizados foram água e ar, com velocidades superficiais de jL igual 0,3 0,4 e 0,5m/s e jG igual 0,5m/s que formaram o padrão de escoamento intermitente. Um sistema de sensores fotossensíveis foi utilizado para medir a velocidade de translação da bolha de gás, além de acionar o sistema SPIV. Desta forma, foi possível determinar os campos médios das três componentes de velocidade da fase líquida do escoamento turbulento gás-líquido em regiões de interesse na vizinhança da bolha alongada. Os dados obtidos revelaram a influência das bolhas de gás de maior velocidade, na dinâmica do campo de velocidade do líquido. Tais dados contém informações valiosas que contribuem não apenas para uma melhor compreensão da física que rege o escoamento, mas também como forma de validação e aprimoramento de modelos numéricos. / [en] The analysis of gas-liquid intermittent flow in horizontal pipes is of great relevance importance due its applications in many industrial problems, such as in the petroleum industry, boiler and heat exchanger tubes and cooling systems of nuclear power plants. A considerable number of experimental and analytical studies have been carried out on the pursuit of a deeper knowledge of this complex phenomenon. The present work describes an experimental study of a horizontal, gas-liquid pipe flow in the intermittent regime. Experimental techniques such as high frequency stereoscopic particle image velocimetry (SPIV ) and laser induced fluorescence (LIF), were applied in order to obtain all three components of the velocity vector at different pipe sections, referred to the gas bubble nose tip. A 40mm inner diameter, 17.7m long acrylic pipe was used as test section (L/D approximately 450). The working fluids, water and air formed the intermittent flow pattern, with superficial velocities of jL equal 0.3, 0.4 and 0.5 m/s and jG equal 0.5 m/s. A set of three photogate sensors, equally-spaced along the pipe, were used to measure the bubble translational velocities, and to trigger the SPIV system, allowing for the determination of ensemble-averaged, threecomponent velocity fields of the turbulent liquid flow in cross-stream planes around the gas bubble. The original data obtained revealed the influence of the faster-moving gas bubbles on the dynamics of the liquid velocity field, providing valuable information that contribute to a better understanding of the physics governing the flow, also serving for the validation of numerical simulations.