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Estudo experimental da interação de dois jatos de ar planos e paralelos, utilizando a velocimetria por laser

Marco Antonio Couto do Nascimento 01 August 1988 (has links)
Um estudo experimental da interação de dois jatos de ar planos e paralelos, oriundos de bocais retangulares, foi efetuado com um sistema de Velocimetria Doppler, utilizando um laser de He-Ne. Os resultados obtidos apresentam uma boa concordância com trabalhos experimentais anteriores realizados por outros autores, isto é, os perfis de velocidade média exibiram as três regiões distintas conhecidas como região de recirculação, região de jatos duplos e região de jato único. Entretanto, tornou-se claro que alguns melhoramentos podem ser feitos no gerador de jatos, no sistema usado para o mapeamento do campo de fluxo e no Sistema de Velocimetria Doppler, cujo volume de prova deve ser feito tão pequeno quanto possível.
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Medida de velocidade de chama em combustão parcialmente pré-misturada

Felipe Andrade Torres 10 July 2014 (has links)
As propriedades de combustão em regime laminar são de fundamental importância para analisar e prever a o desempenho de motores de combustão interna, auxiliando na análise de processos fundamentais e melhorias de projetos, porém faz-se necessário ampliar os conhecimentos das características da combustão dos gases. Por exemplo, a velocidade de chama laminar, SL, é geralmente uma destas características analisadas, por possuir impacto significativo no tamanho e na estabilidade dos combustores. O objetivo deste trabalho é avaliar experimentalmente as estruturas de chamas ancoradas parcialmente pré-misturadas. São avaliadas as velocidades de chama laminar da mistura gás natural/ar e sua dependência com a razão de equivalência, em condição rica e regime laminar. Diferentes metodologias são empregadas para o cálculo da velocidade de chama laminar baseadas nos métodos da área e do ângulo de chama, utilizando as técnicas ópticas fluorescência induzida por laser no plano (Planar Laser Induced Fluorescence - PLIF na língua inglesa) do radical OH, quimiluminescência dos radicais OH e CH e utilizando velocidades do escoamento obtidas pela técnica de velocimetria por imagem de partículas (Particle Image Velocimetry - PIV na língua inglesa). Os resultados indicaram que a velocidade de chama laminar determinada através do método da área da chama, utilizando os parâmetros obtidos através das técnicas PLIF-OH* e Emissão-OH* apresentaram os melhores resultados, sendo então selecionadas como metodologias para aplicação em trabalhos futuros, que utilizarão biogases e combustíveis líquidos após processo de vaporização, como etanol e biodiesel, entre outros.
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[en] VISCOELASTIC FLOW THROUGH MICROCHANNELS WITH CONSTRICTION / [pt] ESCOAMENTO VISCOELÁSTICO ATRAVÉS DE MICROCANAIS COM CONSTRIÇÃO

JOSE ANGEL FLORIAN GUTIERREZ 28 February 2019 (has links)
[pt] Alguns projetos pilotos de injeção de polímeros em campos de produção de petróleo mostraram um incremento na recuperação de óleo, embora os mecanismos que governam a dinâmica do escoamento não são bem compreendidos. Recentes investigações experimentais mostraram que as propriedades viscoelásticas de soluções poliméricas podem alterar o comportamento do escoamento na escala de poros e reduzir a saturação residual de óleo. Para entender esses fenômenos em meios porosos, é importante estudar o escoamento de soluções viscoelásticas através das gargantas dos poros. Este trabalho apresenta um estudo experimental do escoamento de uma solução viscoelástica de PEO (0,1 porcento em peso de óxido de polietileno) de alto peso molecular escoando através de uma constrição, utilizado como modelo de uma geometria de garganta de poro de um meio poroso. Medições de queda de pressão e campos de velocidade do escoamento são obtidos utilizando a técnica de velocimetria por imagem de partículas (Micro-PIV). Experimentos com uma solução viscosa de glicerina (45 porcento em peso de glicerina em água) de viscosidade similar à solução de PEO foram também realizados com a finalidade de estimar os efeitos elásticos da solução de PEO. O escoamento da solução de PEO exibiu uma queda de pressão extra (comportamento não linear) acima de uma condição crítica do escoamento, acima da qual os efeitos elásticos passam a ser preponderantes. Para toda a faixa de vazão explorada, os campos de velocidade da solução de glicerina mostraram um regime de escoamento Newtoniano, enquanto a solução de PEO apresenta instabilidade no escoamento a partir de um número de Weissenberg crítico, coincidindo com o aumento da queda de pressão. Esta instabilidade pode ser relacionada ao aumento da viscosidade extensional na entrada da garganta acima de uma determinada taxa de extensão. Os resultados obtidos indicam a variação do padrão do escoamento da solução polimérica de PEO devido à presença dos efeitos elásticos do polímero, e fornecem informações importantes sobre o comportamento das soluções poliméricas viscoelásticas em um meio poroso e que podem impactar sua utilização na recuperação melhorada de óleo. / [en] Some pilot projects of polymer injection in oil fiel ds have shown an increase in oil recovery, although the mechanisms that govern the flow dynamics are still not well understood. Recent experimental investigations have shown that the viscoelastic properties of polymer solutions may change the pore-scale flow behavior and reduce the residual oil saturation. To understand these phenomena in porous media, it is important to understand viscoelastic flow behavior through the pores-throats. This work presents experimental study of the flow of a high molecular viscoelastic PEO solution (0.1 wt percent Polyethylene Oxide) flowing through a constricted capillary, used as model for a pore-throat geometry of a porous media. Pressure drop measurements are performed and velocity fields are obtained using the micro-particle image velocimetry (Micro-PIV) technique. Experiments with a viscous solution of glycerin (45 wt percent glycerin in water), of similar shear viscosity to the PEO solution were also performed in order to isolate the elastic effects of the PEO solution. The flow of the PEO solution exhibited an extra pressure drop (nonlinear behavior) above a critical flow condition beyond which the elastic forces become relevant. For the entire flow rate range explored, the velocity field of the glycerin solution showed a Newtonian flow regime, while the PEO solution shows instability in the flow above a critical Weissenberg number, coinciding with the onset of the extra pressure drop. This instability in the flow is associated with the high extensional viscosity near the constriction at high enough extension rates. The results show the changes in the flow pattern of the PEO polymer solution due to the presence of the elastic effects of polymer, and provide important information on how viscoelastic polymer solutions behave in a porous media and can impact their use in Enhanced Oil Recovery operations.
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[en] INSTANTANEOUS LIQUID VELOCITY FIELD MEASUREMENTS IN TWO-PHASE INTERMITTENT FLOW THROUGH HORIZONTAL AND INCLINED PIPES / [pt] MEDIÇÃO DO CAMPO INSTANTÂNEO DE VELOCIDADE DO LÍQUIDO NO ESCOAMENTO BIFÁSICO INTERMITENTE EM TUBOS HORIZONTAIS E INCLINADOS

ROBERTO DA FONSECA JUNIOR 22 March 2010 (has links)
[pt] No presente trabalho foi realizado um estudo experimental sobre escoamento bifásico em regime intermitente através de tubos horizontais e de pequena inclinação, com o objetivo de determinação dos campos de velocidade instantâneos nas regiões a montante do nariz, a jusante da cauda das bolhas de gás, assim como na região do filme de líquido sob as bolhas. Foi implementada uma combinação de três técnicas ópticas não invasivas. Velocimetria por Imagem de Partículas bi-dimensional (Particle Image Velocimetry – PIV) foi utilizada para determinar os campos de velocidade instantâneos nas regiões de interesse, enquanto luz de fundo pulsada e sincronizada proveniente de uma matriz de LED’s vermelhos iluminava os contornos das bolhas aumentando o contraste das interfaces líquido-gás (Pulsed Shadow Technique – PST). Uma técnica baseada na fluorescência induzida por laser foi utilizada (Laser Induced Fluorescence - LIF) para separar a luz verde intensa proveniente do laser associado à técnica PIV. Os testes foram conduzidos em seção transparente tendo água e ar como fluidos de trabalho. Os resultados obtidos revelaram informações detalhadas sobre o escoamento de líquido no escoamento intermitente. Foram produzidos também resultados estatísticos de algumas variáveis globais do escoamento como, a velocidade e os comprimentos das bolhas e pistões de líquido, além da frequência de passagem desta estruturas do escoamento. / [en] instantaneous liquid velocity fields at the film, nose and tail regions of slugs in horizontal and inclined two phase flow. To this end, a combination of three nonintrusive optical techniques was employed. Two-dimensional particle image velocimetry (PIV) was used to measure the instantaneous liquid velocity field at a meridional plane of the horizontal pipe test section, while a synchronized pulsed back lighting, provided by a matrix of red LED s, illuminated the bubble contours thereby enhancing contrast of the interfaces (Pulsed Shadow Technique - PST). A laser-induced fluorescence technique (LIF) was employed to separate the strong reflections coming from the gas-liquid interfaces produced by the green PIV laser, The tests were conducted on a specially built transparent pipe test section, using air and water as the working fluids. The velocity fields were obtained for flow regimes where the slugs were lightly aerated. The velocity field results in the nose, tail and film regions revealed valuable detailed information that helped to better understand the physics of the flow, besides contributing to the formation of a data bank for supporting the development of two-phase, horizontal slug flow simulations. The work conducted also provided statistical information on the main global variables that characterize the flow, such as, speed and length of gas bubbles and liquid slugs, and the frequency of passage of these structures.
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[en] FILM - SPLITTING FLOWS OF VISCOELASTIC LIQUIDS VISUALIZATION / [pt] CARACTERIZAÇÃO DO ESCOAMENTO DE LÍQUIDOS VISCOELÁSTICOS NO PROCESSO DE REVESTIMENTO POR ROTAÇÃO DIRETA

MELISA YVONE ZAMBRANO BECERRA 26 October 2005 (has links)
[pt] O processo de deposição de uma fina camada de líquido sobre um substrato em movimento é conhecido como processo de revestimento. Um das técnicas mais utilizadas é o Revestimento por Rotação Direta, devido a sua simplicidade e baixo custo de instalação e operação. A baixas velocidades, o escoamento na região de aplicação do líquido é bi- dimensional e permanente. Porem quando a velocidade é elevada o escoamento bi- dimensional torna-se instável, levando a um escoamento tri-dimensional, com variação da espessura do filme de líquido depositado ao longo da largura do substrato. Este tipo de instabilidade é comunmente denominado Ribbing, e limita a velocidade do processo dependendo dos requisitos de uniformidade de espessura. Geralmente, os líquidos utilizados neste processo são soluções poliméricas, os que apresentam um comportamento não Newtoniano. Foi demonstrado, para líquidos Newtonianos, que o gradiente da pressão perto do menisco destabiliza o escoamento. O parâmetro crítico para o aparecimento da instabilidade é o número de capilaridade. Para líquidos viscoelásticos o comportamento do escoamento muda dramaticamente, o inicio das instabilidades ocorre a bem menores números de capilaridade quando é comparado ao caso Newtoniano. O mecanismo pelo qual a elasticidade desestabiliza o escoamento perto da superfície livre ainda não é completamente entendido. Predições recentes mostraram que a zona de recirculação perto do menisco presente para líquidos Newtonianos, diminui e desaparece posteriormente a medida que o escoamento torna-se mais viscoelástico (aumento do Número de Weissenberg). O objetivo deste trabalho é verificar experimentalmente este fenômeno e determinar o efeito das propriedades viscoelásticas do líquido no processo. Para isso, o escoamento entre uma placa estacionaria e o cilindro girante é analisado experimentalmente visualizando a região perto da superfície livre e medindo o campo de velocidade usando a técnica de Velocimetria por Imagem de Partículas (PIV).Diferentes soluções de baixo peso molecular polietileno glicol (PEG), e alto peso molecular oxido de polietileno (PEO), característica elástica, em agua foram usados para avaliar o efeito da viscoelasticidade no comportamento do escoamento. Com este analises experimental se quer confirmar la prediçao teórica de Zevallos(2003) sobre o efeito da viscoelasticidade nas linhas de corrente e na estabilidade da superfície livre com respeito às perturbaçoes tri-dimensionais. / [en] Roll coating is a common method in the manufacture of a wide variety of products. It is used to apply a thin liquid layer to a continuous flexible substrate. At low speeds, the flow is two-dimensional and steady; as the roll speed is raised, the two-dimensional flow is unstable and is replaced by a steady three-dimensional flow, which results in more or less regular stripes in the machine direction. This type of the instability is commonly called ribbing, it can limit the speed of the process if a smooth film is required as a final product. The liquids used in this process generaly are polimeric solutions, which present Non-Newtonian behavior. It was demonstrated, for Newtonian liquids, that the gradient of the pressure close to the meniscus destabilizes the flow, whereas the surface tension has a stabilizing effect. The critical parameter for the flow stability is the capillary number. For viscoelastic liquids can drastically change the nature of the flow near the free surfaces of the coating bead. The onset of the instabilities occurs at much lower capillary numbers than Newtonian flow case, which falls with the growth of the elasticity. Accurate theoretical predictions of the onset of ribbing when viscoelastic liquids are used is still not available. The mechanisms by which the liquid elasticity makes the flow unstable at Capillary numbers much lower than in the Newtonian case is not completely understood. Recent theoretical predictions have shown that at high Weissenberg number, the recirculation zone, present in the Newtonian flow completely disappears. In this work, film splitting flows between a stationary plate and rotating roll are analyzed experimentally by visualizing the free surface configuration and measuring the velocity field using the Particle Image Velocimetry (PIV) technique. Various solutions of low molecular weight polyethylene glycol (PEG) and high molecular weight polyethylene oxide (PEO) in water were used in order to evaluate the effect of mildly viscoelastic behavior on the flow. The goal was to confirm the theoretical predictions of Zevallos et al. (2004) on the effect of the liquid viscoelasticity on the streamline pattern and on the stability of the free surface with respect to three-dimensional disturbances.
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[en] DEVELOPMENT OF A NATURAL GAS BURNER FOR THE STUDIES OF COMBUSTION IN TURBULENT FLOWS / [pt] DESENVOLVIMENTO DE UM QUEIMADOR DE GÁS NATURAL PARA ESTUDOS DA COMBUSTÃO EM ESCOAMENTOS TURBULENTOS

MIGUEL ANGEL ALVAREZ AQUINO 27 June 2007 (has links)
[pt] Neste trabalho apresenta-se um estudo experimental de escoamentos turbulentos quimicamente inertes e reativos em um queimador tipo obstáculo. O objetivo principal é a caracterização do escoamento através da obtenção do campo de velocidade instantâneo utilizando técnicas óticas não intrusivas. As técnicas empregadas foram a Velocimetria Laser Doppler (LDV) e a Velocimetria por Imagem de Partículas (PIV), as quais possibilitaram a medição das componentes transversal e longitudinal da velocidade do escoamento em estudo. Os resultados experimentais obtidos foram comparados com aqueles oriundos da simulação numérica usando um programa computacional existente. São analisados os acordos e as discrepâncias obtidas, colocando-se em evidência a capacidade e as limitações de cada uma das técnicas utilizadas. / [en] This work presents an experimental study of chemically inert and reactive turbulent flows in a Bluff-Body burner. The main objective is the characterization of the flow through of the measurement of instantaneous velocity fields by using non intrusive optical techniques. The techniques employed were Laser Doppler Velocimetry (LDV) and Particle Image Velocimetry (PIV), which makes possible the measurement of the transversal and longitudinal components of the flow velocity. The experimental results were compared with those obtained from a numerical simulation using a comercial computational program. The agreements and discrepancies obtained between the two experimental techniques and from experiments and computation were demonstrated and analized.
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[pt] CARACTERIZAÇÃO EXPERIMENTAL DE ONDAS INTERFACIAIS EM ESCOAMENTO ESTRATIFICADO TURBULENTO GÁS-LIQUIDO UTILIZANDO VELOCIMETRIA POR IMAGEM DE PARTÍCULA / [en] EXPERIMENTAL CHARACTERIZATION OF LINEAR INTERFACIAL WAVES IN A STRATIFIED TURBULENT GAS-LIQUID PIPE FLOW USING PARTICLE IMAGE VELOCIMETRY

PAULA STOFER CORDEIRO DE FARIAS 19 May 2020 (has links)
[pt] A ocorrência do escoamento slug em tubulações horizontais é de especial interesse para a indústria de petróleo devido aos riscos operacionais indesejados associados a esse padrão de escoamento. Portanto, nas últimas décadas um intenso esforço foi dedicado ao estudo e modelagem do escoamento slug. Ferramentas preditivas baseadas na estabilidade linear de Kelvin-Helmhotz foram amplamente desenvolvidas na literatura para prever a transição para esse regime de escoamento. Esses modelos são derivados da análise de estabilidade modal de perturbações bem definidas. No entanto, para escoamento em tubulação, um número bastante limitado de estudos experimentais dedicados para investigação da evolução de perturbações que originem o regime slug está disponível. Além disso, estudos a partir da introdução de perturbações bem definidas, que podem fornecer informações precisas para validação de modelos e simulações numéricas, foram encontrados. O presente trabalho abordou o problema da transição para o regime slug a partir da caracterização da evolução de ondas interfaciais. Essas perturbações controladas foram excitadas com um modo de geração na interface do escoamento estratificado utilizando uma placa oscilatória. O trabalho se concentra na caracterização de ondas interfaciais no regime linear, que corresponde ao regime de estudo da maioria dos modelos disponíveis na literatura. Portanto, um limiar de amplitude para ondas lineares foi estimado experimentalmente. O acionamento da placa oscilatória foi sincronizado com as aquisições de imagens, permitindo medições sincronizadas em fase. As medições do campo de velocidade foram realizadas usando a técnica de Velocimetria de Imagem de Partículas (PIV) e Iluminação de Fundo (Shadowgraphy). O perfil de velocidade e turbulência do escoamento foram medidos simultaneamente nas fases do liquido e do gás. A sincronização em fase permitiu a extração do perfil de flutuação de velocidade coerentes as ondas interfaciais. Os resultados obtidos são originais e mostraram, pela primeira vez na literatura, que os modos interfaciais em ambas as fases são quase independentes dos modos cisalhantes, dentro da faixa de parâmetros abordados neste trabalho. A caracterização de ondas não lineares foi brevemente investigada, indicando mudanças no perfil do escoamento médio. Além disso, foi obtida uma correlação para o fator de atrito das ondas interfaciais, levando a uma melhoria na estimativa da altura do líquido e da perda de carga do tubo quando combinadas nas relações de fechamento dos modelos 1-D. A metodologia experimental proposta neste trabalho é uma ferramenta valiosa para produzir informações precisas que podem ser usadas para validar e aprimorar modelos teóricos e simulações numéricas. O estudo pode contribuir para a compreensão dos mecanismos físicos envolvidos na transição do escoamento estratificado para slug. / [en] The occurrence of slug regime in horizontal pipelines is of special interest for the oil and gas industry due to the unwanted operational risks associated with this flow. Hence, an intense effort has been devoted to the study and to model this flow regime. Predictive tools based on linear Kelvin-Helmhotz stability have been widely applied in the literature for prediction of slug onset. These models are derived from stability analysis of well-defined disturbances. However, for pipe flows, a limited number of experimental studies devoted to investigate the evolution of disturbances that lead to the initiation of slugs is available. In addition, no studies are found using of well define disturbances, which could provide accurate information for validation of models and numerical simulations. The present work addresses the problem by the studying of the evolution of controlled waves excited at the liquid interface. To this end, an oscillating paddle was employed. The work focuses the characterization of interfacial waves within the linear regime, which correspond to the regime of most models available in the literature. The amplitude threshold for linear waves was experimentally estimated. The driving signal of the oscillating paddle was synchronized with image acquisitions, enabling phase locked measurements of the waves and hence the use of ensemble averaging techniques. Phase-locked measurements of the velocity field in the liquid and gas layers were performed using off-axis Particle Image Velocimetry (PIV) technique and Shadowgraph. Mean flow, streamwise and wall normal fluctuations were measured simultaneously in the liquid and gas phases. For a range of flow rates and exciting wave frequencies the combined techniques employed allowed the extraction from the measured velocity fields, the coherent part of flow fluctuations related with the exciting waves. The results obtained have shown, seemingly, for the first time, that interfacial modes in both phases are nearly independent of near wall disturbances within the range of parameters covered in this work. Characterization of nonlinear waves was briefly investigated indicating changes in the mean velocity. Moreover, a correlation for wave friction factor based on wave and flow parameters was obtained, leading to an improvement on the liquid heightand pipe head loss estimation when are combined into the closure relations used for the 1-D models. The experimental methodology proposed in this work is a valuable tool to produce accurate information that can be used to validate and improve theoretical models and numerical simulations. It can contribute to the understanding of the physical mechanisms involved in the transition from stratified to slug flows.
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[pt] DESENVOLVIMENTO DE PIV ULTRA PRECISO PARA BAIXOS GRADIENTES USANDO ABORDAGEM HÍBRIDA DE CORRELAÇÃO CRUZADA E CASCATA DE REDE NEURAIS CONVOLUCIONAIS / [en] DEVELOPMENT OF ULTRA PRECISE PIV FOR LOW GRADIENTS USING HYBRID CROSS-CORRELATION AND CASCADING NEURAL NETWORK CONVOLUTIONAL APPROACH

CARLOS EDUARDO RODRIGUES CORREIA 31 January 2022 (has links)
[pt] Ao longo da história a engenharia de fluidos vem se mostrado como uma das áreas mais importantes da engenharia devido ao seu impacto nas áreas de transporte, energia e militar. A medição de campos de velocidade, por sua vez, é muito importante para estudos nas áreas de aerodinâmica e hidrodinâmica. As técnicas de medição de campo de velocidade em sua maioria são técnicas ópticas, se destacando a técnica de Particle Image Velocimetry (PIV). Por outro lado, nos últimos anos importantes avanços na área de visão computacional, baseados em redes neurais convolucionais, se mostram promissores para a melhoria do processamento das técnicas ópticas. Nesta dissertação, foi utilizada uma abordagem híbrida entre correlação cruzada e cascata de redes neurais convolucionais, para desenvolver uma nova técnica de PIV. O projeto se baseou nos últimos trabalhos de PIV com redes neurais artificiais para desenvolver a arquitetura das redes e sua forma de treinamento. Diversos formatos de cascata de redes neurais foram testados até se chegar a um formato que permitiu reduzir o erro em uma ordem de grandeza para escoamento uniforme. Além do desenvolvimento da cascata para escoamento uniforme, gerou-se conhecimento para fazer cascatas para outros tipos de escoamentos. / [en] Throughout history, fluid engineering is one of the most important areas of engineering due to its impact in the areas of transportation, energy and the military. The measurement of velocity fields is important for studies in aerodynamics and hydrodynamics. The techniques for measuring the velocity field are mostly optical techniques, with emphasis on the PIV technique. On the other hand, in recent years, important advances in computer vision, based on convolutional neural networks, have shown promise for improving the processing of optical techniques. In this work, a hybrid approach between cross-correlation and cascade of convolutional neural networks was used to develop a new PIV technique. The project was based on the latest work of PIV with an artificial neural network to develop the architecture of the networks and their form of training. Several cascade formats of neural networks were tested until they reached a format that allowed the error to be reduced by an order of magnitude for uniform flow. In addition to the development of the cascade for uniform flow, knowledge was generated to make cascades for other types of flows.
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[en] MEASUREMENTS ON THE FLOW OF A HIGHLY SHEAR-THINNING LIQUID PAST AN AXISSYMMETRIC CONTRACTION-EXPANSION: APPLICATION TO BLOOD FLOW THROUGH STENOTIC VESSELS / [pt] MEDIÇÕES DO ESCOAMENTO DE UM LÍQUIDO VISCOPLÁSTICO ATRAVÉS DE UMA CONTRAÇÃO-EXPANSÃO AXISSIMÉTRICA: APLICAÇÕES AO ESCOAMENTO DO SANGUE EM ARTÉRIAS COM ESTENOSE

ERICK FABRIZIO QUINTELLA ANDRADE COELHO 03 December 2001 (has links)
[pt] Estenose é uma constrição ou estreitamento de um duto ou de uma passagem. Este termo é usado freqüentemente em referência a constrições que ocorrem em vasos sangüíneos, especialmente em artérias. Um vaso estenótico geralmente causa estagnação do fluxo sangüíneo e portanto a formação de trombos, os quais podem ser bastante pre- judiciais à saúde humana. Neste trabalho realizam-se experimentos com a técnica de velocimetria por imagens de partículas (PIV) a fim de estudar o escoamento de um líquido que possui uma tensão limite de escoamento (ou líquido viscoplástico) através de um tubo na vizinhança de uma constrição axissimétrica. Escolheu-se a reologia do líquido de modo a se aproximar daquela do sangue de hematócrito igual a 54%. Estudaram-se números de Reynolds e números de escoamento característicos para diferentes artérias. Obtiveram-se também resultados para fluidos Newtonianos, para fins de comparação. Entre outros resultados, observou- se que a reologia não Newtoniana causa mudanças significativas no padrão de escoamento na vizinhança da estenose. Como as condições para formação de trombos estão diretamente relacionadas com o padrão de escoamento, estudos do escoamento do sangue através de artérias com estenose que supõem uma reologia Newtoniana podem levar a conclusões errôneas. / [en] Stenosis is a constriction or narrowing of a duct or passage. This word is often used to refer to constrictions that occur in blood vessels, especially arteries. A stenotic vessel generally causes blood flow stagnation and hence formation of thrombus, which may be rather harmful to the human physiology. In this work we perform particle image velocimetry (PIV) experiments to study the flow of an yield-stress (or highly shear-thinning) liquid through a tube in the neighborhood of an axisymmetric constriction. The rheology of the liquid was chosen to be close to the one of blood with 54% hematocrit. Reynolds and Yield number values characteristic to different arteries have been studied. Results for a Newtonian liquid were also obtained, for comparison purposes. Among other findings, it has been observed that the non-Newtonian rheology causes a significant change in the flow pattern in the neighborhood of the stenosis. Because the conditions for thrombus formation are directly related to the flow pattern, studies of the flow through stenotic vessels that assume a Newtonian rheology may lead to erroneous conclusions.
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[pt] ESTUDO DO ESCOAMENTO EM MODELO DE AORTA UTILIZANDO A VELOCIMETRIA POR IMAGENS ESTEREOSCÓPICAS DE PARTÍCULAS / [en] STEREOSCOPIC PARTICLE IMAGE VELOCIMETRY STUDY OF THE FLOW IN AORTIC MODEL

GUILHERME MOREIRA BESSA 29 April 2019 (has links)
[pt] A estenose aórtica é um dos mais graves problemas decorrentes de doenças valvares. O implante da prótese valvar aórtica por cateterismo (TAVI) vem se tornando o tratamento mais indicado aos pacientes de alto risco ou inoperáveis. A estenose aórtica grave pode ser uma condição de risco à vida quando não tratada. Devido à natureza do procedimento TAVI, é esperada uma variabilidade no ângulo de inclinação da válvula implantada. O presente trabalho investigou a influência das variações de inclinação e orientação do jato transvalvar sobre o escoamento em aorta ascendente. A compreensão dos padrões hemodinâmicos do fluxo sanguíneo em aorta ascendente é importante porque eles estão intimamente relacionados ao desenvolvimento de doenças cardiovasculares. Para este fim, um modelo vascular com geometria anatômica de paciente específico foi produzido a partir de imagens de tomografia computadorizada, gerando um protótipo impresso em 3D e resina de silicone transparente. Uma configuração especial foi projetada para permitir medições tridimensionais do fluxo em diferentes seções transversais do modelo aórtico. A técnica de velocimetria por imagens estereoscópicas de partículas foi implementada para produzir informações estatísticas acerca do fluxo turbulento, tais como, campos tridimensionais de velocidade média, de energia cinética turbulenta e correlações entre os componentes de flutuação de velocidade. Os resultados obtidos indicaram que o escoamento em aorta ascendente é fortemente afetado pela direção do fluxo de entrada na aorta. / [en] Aortic stenosis is one of the most serious problems arising from valve diseases. Transcatheter Aortic Valve Implantation (TAVI) has become the preferred treatment for high-risk or inoperable patients with severe aortic stenosis that could be a lifethreatening condition when left untreated. Due to the nature of the TAVI procedure, a variability on the tilt angle of the deployed valve is expected. The present work, investigated the effects on the flow field in the ascending aorta due angle variation of the transvalvular jet. Understanding the hemodynamic patterns of blood flow in the ascending aorta is important because they are closely related to the development of cardiovascular diseases. To this end, a patient-specific vascular phantom was produced by a 3D printed model and transparent silicon resin. A special setup was designed to allow measurements of the 3D flow at different cross sections of the aorta. A stereoscopic particle image velocimetry system was implemented to yield instantaneous and averaged turbulent flow information, such as three-dimensional average velocity fields, turbulent kinetic energy, and correlations between the components of velocity fluctuation. The results obtained indicated that the velocity field in the ascending aorta is strongly affected by the inlet flow direction into the aorta.

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