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Medição de vazão de escoamentos bifásicos utilizando tubo de Venturi ou placa de orifício associados a um sensor de fração de vazio com campo elétrico girante

Oliveira, Jorge Luiz Goes January 2007 (has links)
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T15:32:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 245242.pdf: 3494880 bytes, checksum: 7e6f77766a4500897b8393ad80765472 (MD5) / A medição em tempo real das vazões mássicas em escoamentos bifásicos líquido-gás, sem a separação das fases, é a solução mais adequada para a redução dos custos e dos desperdícios, aumento da produtividade e melhora da qualidade da produção da tradicional indústria do petróleo e gás natural, justificando a substituição dos custosos e tradicionais separadores de fases. Nesse contexto, é proposto um sistema de medição de vazão composto de um tubo de venturi ou placa de orifício associados a um sensor de fração de vazio média, por impedância elétrica. O sensor opera no modo resistivo e é alimentado por um campo elétrico girante em quatro pares de eletrodos. Os resultados obtidos são comparados com as vazões medidas por rotâmetros instalados antes da seção em que é feita a mistura de ar e água. Apesar de não ser o objetivo principal do trabalho, foi demonstrada a capacidade de se utilizar o sensor de fração de vazio para fazer a identificação dos regimes de escoamento bifásico. Os testes foram realizados em uma bancada experimental de escoamentos bifásicos adiabáticos ar-água a pressões máximas de 3 bar e títulos inferiores a 0,011, na direção vertical ascendente e na horizontal. As vazões mássicas máximas para a água e o ar foram de 4000 kg/h e 50 kg/h, respectivamente, e os padrões de escoamento testados foram o borbulhado, o pistonado e o anular. O trabalho é dividido em duas partes: na primeira, é apresentada a calibração do sistema de medição de fração de vazio através de vávulas de fechamento rápido, sendo analisados os sinais provenientes do sistema transdutor, e, na segunda parte, é apresentado um estudo comparativo entre o venturi e a placa de orifício em sistemas bifásicos ar-água. Na última, são analisados os parâmetros bifásicos como o título, o fator de escorregamento e a vazão mássica total a partir de correlações e modelos da literatura. A comparação entre as vazões previstas por correlações e os resultados experimentais para os padrões borbulhado e pistonado indicam valores de RMS dos desvios de 6,8 % para a correlação de Chisholm (1967), com tubo de venturi na direção vertical ascendente, e de 5,5 % para a correlação de Zhang et al. (2005), com placa de orifício na mesma direção. When it comes to gas-liquid flow in the oil and gas conventional industry, the two-phase mass flow rate measurement on real time without separating them is the desirable solution in order to achieve cost reduction, avoid waste, increase production and reach excellence in the oil and gas transport. The fiscal requirement for precise measurements is the greater motivator to support research. With this purpose, a measurement system consisting of impedance void meter, a nonintrusive conductance type, applied to determine the mean void fraction and forecast method for identifying flow patterns coupled to venturi or orifice plate flow meter is employed to predict the phases flow rates. Results are compared with the flow rates measured by single-phase meters installed previously to the air-water mixture point. The measurement system was evaluated by an air-water experimental facility. Experiments included vertical upward and horizontal flow; annular, bubbly, churn and slug patterns; void fraction ranging from 2% to 95%; water flow rate ranging up to 4000 kg/h; air flow rate ranging up to 50 kg/h; and quality ranging nearly up to 1%. The work is divided into two major parts. The first one is devoted to the calibration of the void fraction measurement system by means of quick closing valves. The second one is devoted to the comparisons between venturi and orifice plate meters in air-water two-phase flow. Quality, slip ratio and overall mass flow rate analysis are performed in this second stage. The frictional root-mean-square errors (RMS) of mixture mass flow rate in vertical upward flow through venturi were 6,8 % for Chisholm (1967). In the orifice plate, the RMS errors of vertical flow were 5,5 % for Zhang et al. (2005).
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Estudo experimental das características do escoamento turbulento nas primeiras fileiras de bancos de tubos

Olinto, Cláudio Rodrigues January 2005 (has links)
Este trabalho apresenta um estudo experimental das características do escoamento turbulento nas primeiras fileiras de bancos de tubos. São estudados os escoamentos sobre três geometrias de arranjos de tubos: dois tubos posicionados lado a lado normais ao escoamento, uma fileira de tubos transversal ao escoamento e bancos de tubos de configuração quadrangular, com três razões de espaçamento diferentes. O objetivo é entender o comportamento das instabilidades e fenômenos aleatórios e transientes que ocorrem nas primeiras fileiras de bancos de tubos e se propagam para o seu interior. Os resultados experimentais são obtidos através de medições em túnel de vento e visualizações em canal de água. Para a obtenção dos campos de velocidade é utilizada a técnica de anemometria de fio quente e para as medições de pressão é utilizado um transdutor de pressão piezo resistivo. Os dados experimentais obtidos são analisados por ferramentas estatísticas, espectrais e de ondaletas. As visualizações são feitas através da técnica de injeção de tinta diretamente no escoamento. Os resultados mostram a presença de instabilidades geradas a partir da segunda fileira do banco de tubos, que se propagam para o interior, gerando um comportamento onde as três componentes ortogonais do escoamento são igualmente importantes. O comportamento tridimensional do escoamento é responsável por uma redistribuição de massa dentro do banco de tubos que leva a valores de velocidade e números de Strouhal não esperados para a geometria estudada.
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Estudo experimental dos campos de pressão e velocidade em bancos de tubos com a utilização de defletores

Goulart, Jhon Nero Vaz January 2004 (has links)
A utilização de placas defletoras em banco de tubos é muito difundida em trocadores de calor, aumentando os níveis de turbulência do escoamento e o tempo de contato do fluido refrigerante e a superfície aquecida dos tubos. Os vórtices gerados pela turbulência tem a finalidade de imprimir a camada limite térmica dos tubos, onde o calor é trocado basicamente por condução, tornando a troca de calor mais eficiente. No entanto a maioria dos estudos em bancos de tubos considera um escoamento incidindo uniformemente sobre os tubos, sem qualquer tipo de análise dos efeitos causados pela utilização de placas defletoras, transformando-se assim em idealizações pouco reais. A proposta deste trabalho é analisar experimentalmente os efeitos causados no escoamento pelo uso de defletores, tomando-se como referência a região entre-tubos (linhas), onde para tanto foram estudadas duas geometrias distintas. A primeira geometria consiste uma placa defletora voltada para o escoamento e nela encontram-se montados dez tubos, dispostos horizontalmente em duas linhas, e a partir de uma certa distância a jusante ocorre um estreitamento súbito do canal prolongando-se até a saída. Com este tipo de geometria, pretende-se estudar os efeitos no desenvolvimento do escoamento para uma entrada assimétrica. A segunda geometria estudada é uma simplificação de bancos de tubos utilizados em trocadores de calor, porém, agora, com o uso de defletores. Nesta seção o escoamento é obrigado a contornar três placas defletoras, duas na parede superior do canal e uma na parede inferior, montadas de forma eqüidistantes O número de Reynolds, para ambas as seções, foi calculado com o diâmetro externo do tubo (32.1 mm) e a velocidade média do escoamento abaixo da primeira placa defletora, Ue. Para a primeira seção o número de Reynolds foi de 3.32 x 104 e para segunda 2.99 x 104. Os testes foram realizados em um canal retangular de 146 mm de altura e 193 mm de largura, com 900 mm de comprimento. Os bancos de tubos possuem uma relação de espaçamento, passo-diâmetro de 1,26, com dez tubos dispostos em duas linhas. As velocidades médias, suas direções e flutuações de velocidade foram investigadas ao longo das fendas, linhas, permitindo um conhecimento do desenvolvimento das componentes de velocidades, bem as intensidades de turbulência desde a região de entrada. Este estudo revelou que o desenvolvimento do escoamento , após a passagem por defletores se dá para distâncias superiores aquelas aqui estudadas.
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Influência de um contorno plano sobre o desprendimento de vórtices ao redor de um cilindro circular

Vitola, Marcelo de Araujo January 2006 (has links)
O escoamento ao redor de cilindros próximos de um contorno é um problema de grande interesse para muitas aplicações de engenharia. Vários parâmetros afetam o desprendimento de vórtices neste tipo de escoamento, tais como a espessura e o tipo da camada limite (laminar ou turbulenta), a distância do cilindro à placa, bem como o número de Reynolds. Devido à quantidade de parâmetros envolvido, este escoamento é bem mais complexo do que o caso de um cilindro isolado. No presente trabalho, o problema da interação entre camada limite e desprendimento de vórtices de um cilindro circular, foi dividido em quatro casos fisicamente mais simples, os quais permitiram avaliar o efeito isolado do cisalhamento e do confinamento provocado pela placa, bem como a combinação destes. Para este estudo foi utilizada a técnica de Simulção Numérica Direta (DNS) para a solução das equações de Navier-Stokes. As simulações foram realizadas para número de Reynolds na faixa de 60 a 300. Os resultados obtidos das simulações bidimensionais, para os quatro casos propostos e considerando a faixa de parâmetros analisados, demonstraram que a supressão do desprendimento de vórtices só ocorre quando existe a combinação do cisalhamento e do confinamento, e que o valor crítico no qual ocorre a supressão dos vórtices depende da intensidade do cisalhamento. Os resultados tridimensionais obtidos para o caso de escoamento livre com cisalhamento constante, mostraram que o aumento do cisalhamento tende a retardar a formação de estruturas tridimensionais. Além disso, o cisalhamento afeta o comprimento axial das estruturas tridimensionais, quando comparado com os observados no caso de escoamento uniforme. No caso de escoamento próximo à placa, os resultados tridimensionais mostram que a redução do afastamento provoca a supressão das estruturas tridimensionais. Esta observação foi associada à redução do número de Reynolds local. Além disso, os resultados tridimensionais obtidos para ambos os casos mostraram que existe uma variação ao longo do eixo do cilindro dos coeficientes hidrodinâmicos, a qual foi associada com a formação das estruturas longitudinais próximas à base do cilindro. Os resultados tridimensionais também permitiram visualizar a ocorrência do emparelhamento de vórtices longitudinais. / The flow around a circular cylinder close to a plane wall is of great interest to many engineering fields, due to its practical applications. In this kind of flow many parameters affect the vortex shedding, such as the boundary layer thickness, laminar or turbulent flow, the distance between the cylinder and the plate (gap) and the Reynolds number. Due to the number of parameters involved, this flow is much more complex than the flow around an separately circular cylinder. In the present work the interaction between the boundary layer and the vortex shedding from a cylinder was divided in four simple cases. These four cases allowed evaluating the isolated effect of the shear, the confinement and the combination of them. For this study the Direct Numeric Simulation (DNS) of the Navier-Stokes equation was chosen. The simulations were done at low Reynolds number, in the range of 60−300. The results of the two-dimensional simulations, considering the four cases and the range of parameters, have showed that the suppression of vortex shedding only takes place when there is a combination of shear and confinement, and the value of the critical gap, wherever it takes place, depends on the shear intensity. In the three-dimensional simulation the results of the free constant shear flow have indicated that the increase of the shear parameter tends to delay the formation of three-dimensional structures when compared to the uniform flow case. On the other hand, the results for the cylinder close to a wall have indicated the suppression of the three-dimensional structures with the reduction of the gap. This effect was also associated with the reduction of local Reynolds number. Moreover, the three-dimensional results have showed a variation of the hydrodynamic coefficients along the cylinder axis. This variation was associated with the streamwise vortex formed near the base of the cylinder. The three-dimensional results also permit to visualize the merging of the streamwise vortex.
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Arrastamento de partículas submetidas a variações de velocidade

Rodrigues, Ronaldo do Espírito Santo January 2003 (has links)
A visualização de escoamentos e a medição de campos de velocidades têm sido instrumentos de grande valia na compreensão de fenômenos na Mecânica dos Fluidos. Há muito tempo existem processos de medição de velocidade tais como tubo de Pitot ou de Venturi. Entretanto estes métodos são denominados invasivos. Na década de 70 surgiu o método não invasivo de determinação de velocidade e ficou conhecido como Velocimetria de Laser Doppler, em alusão ao fenômeno físico envolvido no processo de medição. Na década de 80, também do século passado, surgiram técnicas como Velocimetria por Speckle e Velocimetria por Imagem de Partículas. Estas, apesar de serem incluídas como não invasivas, na realidade devem colocar partículas traçadoras e/ou marcadoras (dependendo da técnica). Primeiramente, deve-se fazer considerações a respeito do quão intrusivo é a colocação de uma determinada partícula em um determinado escoamento. Em segundo lugar, deve-se efetuar uma análise do quanto o movimento da partícula reflete o movimento do escoamento, principalmente naqueles em que existem fortes gradientes de velocidade. Estas são questões cruciais para estes processos. O objetivo do presente trabalho é fazer uma avaliação do acompanhamento ou não de uma partícula, esférica, em um escoamento com gradientes de velocidade. Será estudada a influência do diâmetro da partícula. Para tanto será utilizado um perfil de Venturi e a técnica será a de Velocimetria de Imagem de Partículas (PIV em inglês), utilizando o tamanho do rastro deixado pelas partículas dispersas no fluido, determinando sua velocidade. Para determinação deste valor, foi desenvolvido um método de análise de histograma. / The flow visualization and measurements of velocity fields have been important instruments to phenomena understanding in Fluid Mechanics. Process of velocity measurements have been used a long time ago, like Pitot and Venturi pipes. Those methods are named invasive. In seventies of the last century rised a method non invasive to determine velocity in flows known as Laser Doppler Velocimetry (LDV), in respect of the physical phenomena involved in measurement process. In eighties, of last century too, rised techniques like Laser Speckle Velocimetry (LSV) and Particle Image Velocimetry (PIV). These techniques, although have been classified as non intrusive, actually must spread out tracer and/or marker particles, depending upon what technique is been used. First, one has to analyze of how non intrusive is to spread out particles in one specified flow. Second, it is necessary to study of how a particle movement reflects the flow, mainly in those flows submitted upon high velocity gradients. Those questions are essentials in this kind of measurement. The aim of this present work is to evaluate of how suitable the particle movement is to flow movement. The particle will be considered as spherical, in a flow with velocity gradients. Will be studied the influence of particle diameter. To implement this work, the pipe profile chosen was Venturi and the technique will be Particle Image Velocimetry, using the length of particle streaks to evaluate its velocity. It was developed a method that analyzes the histogram.
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Características dinâmicas do escoamento turbulento em bancos de tubos inclinados

Barcellos, Cristiano Rodrigues January 2001 (has links)
Bancos de tubos ou de barras são encontrados nas indústrias nucleares e de processos, constituindo-se nos dispositivos mais comumente utilizados no desenvolvimento de trocadores de calor. O procedimento usual na análise de bancos de tubos considera o escoamento incidindo uniformemente no banco ao longo de toda a extensão dos tubos. Em aplicações reais de trocadores de calor este fato não é observado, pois o escoamento não é uniforme devido a presença de defletores e condições de entrada e saída. A proposta deste trabalho é apresentar um estudo experimental das flutuações de pressão e velocidade e sua interdependência do escoamento turbulento incidindo em arranjos de cilindros inclinados, com diferentes ângulos de incidência (30º, 45º, 60º e 90º) simulando bancos de tubos inclinados com arranjo quadrangular e razão de espaçamento P/D=1,26. A seção de testes é um canal retangular com 146 mm de altura e largura de 193 mm. O fluido de trabalho é o ar, impulsionado por um ventilador centrífugo, passando por uma câmara de tranquilização e um conjunto de grades e telas, que tem a finalidade de uniformizar o escoamento e reduzir a intensidade de turbulência para a ordem de 2%, antes de alcançar a seção onde são realizadas as medições. Medições da distribuição de pressão na parede e flutuações de velocidade e pressão em torno de um dos tubos no interior dos bancos foram realizadas para diferentes ângulos de incidência, utilizando a técnica de anemometria de fio quente e um transdutor de pressão. Os resultados experimentais são apresentados na forma adimensional A distribuição média de pressão em uma das paredes laterais do canal, com a presença do banco de tubos, mostrou que as linhas isobáricas não são paralelas ao eixo dos tubos, indicando que o gradiente de pressão não é perpendicular aos tubos, nem paralelo a direção principal do escoamento. As médias quadráticas das flutuações de pressão indicam uma distribuição mais uniforme das cargas dinâmicas em torno dos tubos do bancos com inclinações de 30º e 90º. A análise dos resultados dos espectros das flutuações de pressão mostra que conforme o ângulo de incidência do escoamento aumenta, picos aparecem para freqüência adimensionais cada vez menores. O comportamento dos espectros de flutuação de velocidade mostram um decaimento suave das curvas quando o ângulo de incidência do escoamento aumenta. A correlação cruzada entre as flutuações de velocidade e pressão indicam que, quando o ângulo de incidência do escoamento diminui, importantes efeitos tridimensionais aparecem. Esses efeitos, caracterizados pelas oscilações na correlação cruzada para o ângulo de incidência de 45º, parecem desaparecer se o ângulo de incidência continua-se a ser reduzido.
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Estudo experimental de trincheiras de infiltração no controle da geração do escoamento superficial

Souza, Vladimir Caramori Borges de January 2002 (has links)
A crescente urbanização observada nas últimas décadas tem sido acompanhada por problemas relacionados a quase todos aspectos da infra-estrutura urbana. No que se refere à drenagem pluvial, a situação não é diferente. A impermeabilização gerada pelo processo de urbanização faz com que os hidrogramas se tornem progressivamente mais críticos, com maiores volumes escoados, maiores vazões de pico e menores tempos de escoamento. Agravando esta situação, o sistema tradicional de drenagem, baseado na máxima “pegar e largar depressa”, busca a eliminação da água, o mais rápido possível, através de galerias, condutos enterrados e canalizações, significando, muitas vezes, a simples transferência da cheia para as seções de jusante. A solução clássica para o problema das cheias baseiase na ampliação do sistema e/ou aumento da eficiência das redes, com custos geralmente elevados. Este trabalho apresenta um estudo experimental efetuado em trincheiras de infiltração, dentro de uma filosofia compensatória dos efeitos da urbanização. Esses dispositivos se inserem dentro de um conceito ambiental da drenagem urbana, onde se busca não mais a eliminação da água o mais rapidamente possível, mas sua valorização dentro do espaço urbano, através de dispositivos bem integrados e, preferencialmente, multifuncionais. Duas trincheiras de infiltração foram instaladas e monitoradas em uma área do IPH-UFRGS. A implantação das trincheiras baseou-se na adaptação, para as condições brasileiras, de técnicas descritas na literatura, principalmente no que se refere aos métodos construtivos e materiais utilizados, assim como aos métodos e critérios de utilização e dimensionamento. Durante o período de monitoramento e análise de dados, foram avaliados e discutidos aspectos relacionados a: condições de funcionamento, tais como magnitude do evento pluviométrico e condições antecedentes de umidade do solo; eficiência dos dispositivos; ocorrência de escoamento preferencial; custos; limitações de aplicação. Aspectos relacionados ao funcionamento do dispositivo ao longo do período de monitoramento são também discutidos, buscando avaliar seu desempenho a longo prazo, apesar do curto período de observação. Adicionalmente, um modelo numérico de simulação do funcionamento quantitativo de dispositivos de infiltração foi testado (modelo de Bouwer), sendo sugeridas modificações para torná-lo mais abrangente. As duas trincheiras mostraram-se eficientes, controlando 100% do volume escoado, mesmo para eventos de período de retorno superiores aos de projeto. Verificou-se que a metodologia de projeto gera super-dimensionamento das estruturas e que as condições iniciais de umidade do solo e as características dos eventos são fatores determinantes para seu funcionamento. Durante os 33 meses de observação da trincheira I e os 6 meses da trincheira II, não houve alterações significativas do funcionamento. Os eventos monitorados na trincheira I indicam a ocorrência de escoamento preferencial. Um ensaio destrutivo reforçou esta hipótese, além de mostrar acentuado grau de colmatação da primeira camada, em função do excessivo aporte de material em suspensão. Recomendações para utilização deste tipo de solução são apresentadas, visando estimular seu uso.
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Estudo sobre o fenômeno da biestabilidade de escoamentos turbulentos em bancos de tubos de arranjo triangular / Study about the bistability phenomenon in turbulent flows over banks of tubes of triangular arrangement

Paula, Alexandre Vagtinski de January 2008 (has links)
Este trabalho apresenta um estudo experimental acerca do fenômeno da biestabilidade em bancos de tubos de arranjo triangular submetidos a escoamento cruzado turbulento. São estudados os escoamentos sobre dois tubos dispostos lado a lado, três tubos e bancos de tubos que variam de uma a cinco fileiras, com até 23 tubos em arranjo triangular. A técnica experimental aplicada consiste na medição das flutuações de velocidade em canal aerodinâmico utilizando a técnica de anemometria de fio quente e na visualização do escoamento em canal hidráulico utilizando injeção de tinta. Os dados medidos em canal aerodinâmico são tratados através de ferramentas estatísticas, espectrais e de ondaletas, e os resultados das visualizações do escoamento são apresentados através de imagens obtidas das filmagens realizadas com uma câmera digital. Os resultados confirmam a existência do fenômeno da biestabilidade para dois tubos dispostos lado a lado, que é o caso clássico apresentado na literatura e para três tubos em arranjo triangular, onde um tubo posicionado a montante e dois a jusante. Para uma fileira de tubos não é identificada a biestabilidade em canal aerodinâmico. Existe um estado estável que pode mudar entre dois experimentos consecutivos, mas sempre estável. Porém, as visualizações de escoamento em canal hidráulico mostram a ocorrência da biestabilidade para um dos modos do escoamento. Para duas fileiras de tubos a biestabilidade também é identificada, e para a terceira, quarta e quinta fileiras o escoamento que emana das fendas entre os tubos apresenta uma rápida alternância, de um lado para outro, com a presença de uma componente transversal, observada a partir das visualizações. A técnica de visualização de escoamento empregada em canal hidráulico corrobora a interpretação dos resultados obtidos através da técnica de anemometria de fio quente em canal aerodinâmico. / This work presents an experimental study concerning the bistability phenomenon in banks of tubes of triangular arrangement submitted to a turbulent cross flow. The flow through two tubes located side by side, three tubes and banks of tubes with one to five rows is studied, with a maximum of 23 tubes in triangular arrangement. The experimental techniques consists in the measurement of the fluctuating velocities in an aerodynamic channel, using hot wire anemometry technique, and in a water channel, by means of flow visualizations in using ink injection. Analysis of hot wire experimental results is made through statistical, spectral and wavelet tools and the results of the flow visualizations are presented through pictures obtained from digital movies. The results confirm the existence of the bistability phenomenon for two tubes located side by side that is the classical case presented in the literature and for three tubes in triangular arrangement, where one tube is located upstream and two downstream. For one row of tubes the bistability is not identified in aerodynamic channel. There is a stable state that can change between two consecutive experiments, but never bistable. However, the flow visualizations in water channel show the occurrence of the bistability for one of the flow modes. For two rows of tubes the bistability is also identified, and for the third, fourth and fifth rows the flow that emanates from the gaps between the tubes present a flip-flop behavior, with the presence of a transverse component, observed from the visualizations. The applied flow visualization technique in water channel supports the interpretation of the results obtained through the hot wire anemometry technique in the aerodynamic channel.
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Caracterização de escoamentos rarefeitos de fluídos refrigerantes com um novo método para medição de vazão em microcanais

Silva, Ernane January 2016 (has links)
Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-05-23T04:08:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 345605.pdf: 4269870 bytes, checksum: 7dcbd1eebff87618c3d2ec714a337677 (MD5) Previous issue date: 2016 / Abstract : The study of gas flows in microchannels, especially with regard to micro- (MEMS) and nano-electromechanical systems (NEMS), is pivotal for the development of new technologies. However, these flows also occur in systems commonly used in our daily lives, for example, gas leakage through valves of domestic refrigeration compressors, where refrigerant fluid flows through gaps formed by surface imperfections. Thus, understanding the physics of such flows and characterizing their behavior is fundamental for the design of numerous technological devices. To this end, the present work experimentally investigated the isothermal flow of rarefied gases in microchannels in order to obtain data that would aid in the design of refrigeration compressors. For this purpose, two experimental setups were designed to analyze rarefied flows: one for circular section channels (microtubes) and the other for rectangular section channels with controlled surface characteristics. In addition, a new technique based on the constant volume method was developed to measure the mass flow rate in microchannels. The flow of N2 and refrigerant fluids R134a and R600a were analyzed in stainless steel, copper and brass metal microtubes in practically the entire range of slip and transition regimes. The values of the slip coefficient and tangential momentum accommodation coefficient (TMAC) were obtained by comparing these measurements with analytical solutions of the Navier-Stokes equation and numerical results from the BGK model available in the literature. The measurements in the microtubes showed that the gas?surface interaction approaches the complete diffuse behavior with a TMAC of 0.96?1.06.<br> / O estudo de escoamentos de gases em microcanais é de fundamental importância para o desenvolvimento de novas tecnologias, especialmente no que se refere a sistemas micro (MEMS) e nanoeletromecânicos (NEMS). Porém, esses escoamentos também ocorrem em sistemas comumente utilizados em nosso dia-a-dia. Esse é o caso de vazamentos através de válvulas de compressores de refrigeração doméstica, onde fluidos refrigerantes escoam através de folgas formadas por imperfeições superficiais. Assim, entender a física de tais escoamentos e caracterizar o seu comportamento é fundamental no projeto de muitos dispositivos tecnológicos. O presente trabalho é uma investigação experimental de escoamentos isotérmicos de gases rarefeitos em microcanais, com o objetivo de fornecer dados para auxiliar no projeto de compressores de refrigeração. Para tanto, foram desenvolvidas duas bancadas para análise de escoamentos rarefeitos, uma projetada para canais de seção circular (microtubos) e outra para canais de seção retangular a fim de permitir controle sobre a característica da superfície. Além disso, uma nova técnica baseada no método de volume constante foi proposta para a medição de vazão em microcanais. Escoamentos de nitrogênio e fluidos refrigerantes R134a e R600a foram analisados em microtubos metálicos de aço inoxidável, cobre e latão, cobrindo praticamente toda a faixa dos regimes de escorregamento e transição. Valores de coeficientes de deslizamento e acomodação da quantidade de movimento tangencial (TMAC) foram extraídos a partir da comparação dessas medições com soluções analíticas da equação de Navier-Stokes e resultados numéricos do modelo BGK disponíveis na literatura. Observou-se das medições em microtubos que a interação gás-superfície se dá de forma praticamente difusa, com TMAC entre 0,96 e 1,06.
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Estudo experimental de trincheiras de infiltração no controle da geração do escoamento superficial

Souza, Vladimir Caramori Borges de January 2002 (has links)
A crescente urbanização observada nas últimas décadas tem sido acompanhada por problemas relacionados a quase todos aspectos da infra-estrutura urbana. No que se refere à drenagem pluvial, a situação não é diferente. A impermeabilização gerada pelo processo de urbanização faz com que os hidrogramas se tornem progressivamente mais críticos, com maiores volumes escoados, maiores vazões de pico e menores tempos de escoamento. Agravando esta situação, o sistema tradicional de drenagem, baseado na máxima “pegar e largar depressa”, busca a eliminação da água, o mais rápido possível, através de galerias, condutos enterrados e canalizações, significando, muitas vezes, a simples transferência da cheia para as seções de jusante. A solução clássica para o problema das cheias baseiase na ampliação do sistema e/ou aumento da eficiência das redes, com custos geralmente elevados. Este trabalho apresenta um estudo experimental efetuado em trincheiras de infiltração, dentro de uma filosofia compensatória dos efeitos da urbanização. Esses dispositivos se inserem dentro de um conceito ambiental da drenagem urbana, onde se busca não mais a eliminação da água o mais rapidamente possível, mas sua valorização dentro do espaço urbano, através de dispositivos bem integrados e, preferencialmente, multifuncionais. Duas trincheiras de infiltração foram instaladas e monitoradas em uma área do IPH-UFRGS. A implantação das trincheiras baseou-se na adaptação, para as condições brasileiras, de técnicas descritas na literatura, principalmente no que se refere aos métodos construtivos e materiais utilizados, assim como aos métodos e critérios de utilização e dimensionamento. Durante o período de monitoramento e análise de dados, foram avaliados e discutidos aspectos relacionados a: condições de funcionamento, tais como magnitude do evento pluviométrico e condições antecedentes de umidade do solo; eficiência dos dispositivos; ocorrência de escoamento preferencial; custos; limitações de aplicação. Aspectos relacionados ao funcionamento do dispositivo ao longo do período de monitoramento são também discutidos, buscando avaliar seu desempenho a longo prazo, apesar do curto período de observação. Adicionalmente, um modelo numérico de simulação do funcionamento quantitativo de dispositivos de infiltração foi testado (modelo de Bouwer), sendo sugeridas modificações para torná-lo mais abrangente. As duas trincheiras mostraram-se eficientes, controlando 100% do volume escoado, mesmo para eventos de período de retorno superiores aos de projeto. Verificou-se que a metodologia de projeto gera super-dimensionamento das estruturas e que as condições iniciais de umidade do solo e as características dos eventos são fatores determinantes para seu funcionamento. Durante os 33 meses de observação da trincheira I e os 6 meses da trincheira II, não houve alterações significativas do funcionamento. Os eventos monitorados na trincheira I indicam a ocorrência de escoamento preferencial. Um ensaio destrutivo reforçou esta hipótese, além de mostrar acentuado grau de colmatação da primeira camada, em função do excessivo aporte de material em suspensão. Recomendações para utilização deste tipo de solução são apresentadas, visando estimular seu uso.

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