Escoamentos turbulentos têm sido por muitos anos o objetivo de importantes estudos para descobrir sua dinâmica. Dentre as características mais significativas, destaca-se a multiplicidade de escalas que os caracterizam, desde as maiores estruturas (baixas freqüências) controladas pela geometria que as geram, até as menores estruturas (altas freqüências) limitadas pela viscosidade do fluido. Uma idéia importante é o conceito de vórtices que está ligado a melhorias nas técnicas de visualização, tanto em laboratório quanto em experimentos numéricos. Estes vórtices têm um importante papel em numerosas aplicações tecnológicas, sendo necessário entender a dinâmica da organização de seus movimentos para controlar mecanicamente sua produção ou supressão. Neste contexto, a análise de um misturador de ar em um escoamento em tê é o principal objetivo de estudo deste trabalho. A geometria em tê é bastante simples, mas propicia o aparecimento de um escoamento com passagem de vórtices. Testes experimentais do escoamento, com duas entradas de ar com temperaturas diferentes, foram realizados no Laboratório de Engenharia Térmica e Fluidos da Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo (LETeF - EESC - USP). As medidas de temperatura foram obtidas com termopares instalados ao longo da tubulação. Com o software CFX foram realizados estudos com métodos numéricos LES e DES aplicados ao escoamento. Estes resultados computacionais foram comparados com os dados experimentais, através da análise tempo-freqüência. Estudos preliminares do escoamento mostram regiões com passagem de vórtices, e a habilidade da técnica de análise tempo-freqüência em caracterizar a existência e a forma destas estruturas turbulentas. / Turbulent flows have been the objective of important studies to discover its dynamics. One important characteristic of these flows is the multiplicity of scales, since the large structures (low frequencies) controlled by the geometry that generates them, until the small structures (high frequencies) limited by the fluid viscosity. An important idea is the concept of vortices that it is associated with the improvements in the visualization techniques, in laboratory or numerical experiments. These vortices have an important function in many technological applications. In each one of these fields, it is necessary to understand the dynamics of its movements to control the mechanisms for producing or suppressing these vortices. In this context, the analysis of an air mixing in a tee junction is the main objective of this work. The tee geometry is sufficiently simple, but contributes for the appearance of a flow with vortices transition. Experimental tests with two different air temperatures inlets were done at the Thermal and Fluid Engineering Laboratory of the University of São Paulo at São Carlos (LETeF - EESC - USP). The measures of temperature were acquired with thermocouples installed along the pipe. Numerical studies with LES and DES methods using CFX software were applied to the flow. These computational results were compared with the experimental data through the time-frequency analysis. Preliminary studies of the flow show vortices transition regions and the ability of time-frequency technique in describing the existence and shape of turbulent structures.

Escoamentos turbulentos têm sido por muitos anos o objetivo de importantes estudos para descobrir sua dinâmica. Dentre as características mais significativas, destaca-se a multiplicidade de escalas que os caracterizam, desde as maiores estruturas (baixas freqüências) controladas pela geometria que as geram, até as menores estruturas (altas freqüências) limitadas pela viscosidade do fluido. Uma idéia importante é o conceito de vórtices que está ligado a melhorias nas técnicas de visualização, tanto em laboratório quanto em experimentos numéricos. Estes vórtices têm um importante papel em numerosas aplicações tecnológicas, sendo necessário entender a dinâmica da organização de seus movimentos para controlar mecanicamente sua produção ou supressão. Neste contexto, a análise de um misturador de ar em um escoamento em tê é o principal objetivo de estudo deste trabalho. A geometria em tê é bastante simples, mas propicia o aparecimento de um escoamento com passagem de vórtices. Testes experimentais do escoamento, com duas entradas de ar com temperaturas diferentes, foram realizados no Laboratório de Engenharia Térmica e Fluidos da Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo (LETeF - EESC - USP). As medidas de temperatura foram obtidas com termopares instalados ao longo da tubulação. Com o software CFX foram realizados estudos com métodos numéricos LES e DES aplicados ao escoamento. Estes resultados computacionais foram comparados com os dados experimentais, através da análise tempo-freqüência. Estudos preliminares do escoamento mostram regiões com passagem de vórtices, e a habilidade da técnica de análise tempo-freqüência em caracterizar a existência e a forma destas estruturas turbulentas. / Turbulent flows have been the objective of important studies to discover its dynamics. One important characteristic of these flows is the multiplicity of scales, since the large structures (low frequencies) controlled by the geometry that generates them, until the small structures (high frequencies) limited by the fluid viscosity. An important idea is the concept of vortices that it is associated with the improvements in the visualization techniques, in laboratory or numerical experiments. These vortices have an important function in many technological applications. In each one of these fields, it is necessary to understand the dynamics of its movements to control the mechanisms for producing or suppressing these vortices. In this context, the analysis of an air mixing in a tee junction is the main objective of this work. The tee geometry is sufficiently simple, but contributes for the appearance of a flow with vortices transition. Experimental tests with two different air temperatures inlets were done at the Thermal and Fluid Engineering Laboratory of the University of São Paulo at São Carlos (LETeF - EESC - USP). The measures of temperature were acquired with thermocouples installed along the pipe. Numerical studies with LES and DES methods using CFX software were applied to the flow. These computational results were compared with the experimental data through the time-frequency analysis. Preliminary studies of the flow show vortices transition regions and the ability of time-frequency technique in describing the existence and shape of turbulent structures.

Neste trabalho simulou-se o escoamento do fluxo de ar em um tubo, com um anteparo de formato triangular com arestas cortantes, posicionado no centro do tubo. O objetivo do estudo é a análise do comportamento do número de Strouhal em função do número de Reynolds. Para isto, foi utilizada a técnica da análise tempo-freqüência, baseada na transformada de Fourier e na transformada de Gabor. Os ensaios foram realizados com o fluxo com velocidades médias de escoamento de 3 a 10 m/s, sendo utilizado um sensor de pressão tipo piezo-resistivo para a detecção da flutuação de pressão ocasionada pelo desprendimento e formação dos vórtices. Os ensaios foram realizados em cinco etapas com o objetivo de se verificar a influência dos seguintes parâmetros na coleta de sinais e no fenômeno: ruído da rede elétrica; influência do anteparo e do ruído proveniente do escoamento do fluxo de ar; número de pontos da amostragem na coleta dos dados; do comprimento da tubulação; e posicionamento do sensor. Pode-se observar, a sensibilidade do sistema de medição através do ensaio realizado sem o anteparo, sendo verificada a influência do ruído do escoamento de ar pelo tubo; pode-se observar também uma pequena interferência do ruído da rede elétrica predominantemente para velocidades abaixo de 3 m/s. Apesar das influências citadas, e utilizando a transformada de Gabor para análise dos sinais, observou-se um sinal mais intenso na freqüência dos vórtices para as velocidades de escoamento, podendo-se comprovar que o número de Strouhal permanece quase constante e é independente do número de Reynolds, devendo-se ressaltar que esta conclusão é valida para números de Reynolds compreendidos na faixa de 3000 a 100000. No experimento obteve-se um fator de sensibilidade (freqüência vórtices/velocidade média) de 8,2 Hz/m/s, e número de Strouhal médio de 0,196. / This work concerns the simulation of an air flux through a pipe with a triangular bluff body positioned inside it. In order to study the behavior of the Strouhal number in function of the Reynolds number. For this, the time-frequency analysis technique was used, based on Fourier transform and the Gabor transform. The experiments were carried out with an air flux velocity ranging from 3 to 10 m/s and using a piezoresistive pressure sensor to detect pressure fluctuations caused by the shedding and vortex formation. The experimental procedures were divided in five stages to make it possible to verify the influence of the following parameters in the signal data acquisition: electric network noise, the bluff body presence and the noise generated due to its presence, number of sampling data points, tubing length and sensor positioning. The sensitivity of the experiment could be observed testing the air flowing with no bluff body inside the pipe. Thus, it was possible to investigate the influence of the noise generated due to this flux limiting body. It could be also observed, mainly at 3 m/s or less, the noise generated due to the electric network. Despite the listed influences, and with the use of the Gabor transform, a more intense signal on the vortex frequency for the flow velocity was observed, showing that the Strouhal number remains almost constant and is independent of the Reynolds number. It is important to recall that this conclusion is valid for Reynolds numbers between 3000 and 100000. In the experiments the factor of sensitivity (vortex frequency/mean velocity) obtained was 8,2 Hz/m/s and the mean Strouhal number 0,196.

Neste trabalho simulou-se o escoamento do fluxo de ar em um tubo, com um anteparo de formato triangular com arestas cortantes, posicionado no centro do tubo. O objetivo do estudo é a análise do comportamento do número de Strouhal em função do número de Reynolds. Para isto, foi utilizada a técnica da análise tempo-freqüência, baseada na transformada de Fourier e na transformada de Gabor. Os ensaios foram realizados com o fluxo com velocidades médias de escoamento de 3 a 10 m/s, sendo utilizado um sensor de pressão tipo piezo-resistivo para a detecção da flutuação de pressão ocasionada pelo desprendimento e formação dos vórtices. Os ensaios foram realizados em cinco etapas com o objetivo de se verificar a influência dos seguintes parâmetros na coleta de sinais e no fenômeno: ruído da rede elétrica; influência do anteparo e do ruído proveniente do escoamento do fluxo de ar; número de pontos da amostragem na coleta dos dados; do comprimento da tubulação; e posicionamento do sensor. Pode-se observar, a sensibilidade do sistema de medição através do ensaio realizado sem o anteparo, sendo verificada a influência do ruído do escoamento de ar pelo tubo; pode-se observar também uma pequena interferência do ruído da rede elétrica predominantemente para velocidades abaixo de 3 m/s. Apesar das influências citadas, e utilizando a transformada de Gabor para análise dos sinais, observou-se um sinal mais intenso na freqüência dos vórtices para as velocidades de escoamento, podendo-se comprovar que o número de Strouhal permanece quase constante e é independente do número de Reynolds, devendo-se ressaltar que esta conclusão é valida para números de Reynolds compreendidos na faixa de 3000 a 100000. No experimento obteve-se um fator de sensibilidade (freqüência vórtices/velocidade média) de 8,2 Hz/m/s, e número de Strouhal médio de 0,196. / This work concerns the simulation of an air flux through a pipe with a triangular bluff body positioned inside it. In order to study the behavior of the Strouhal number in function of the Reynolds number. For this, the time-frequency analysis technique was used, based on Fourier transform and the Gabor transform. The experiments were carried out with an air flux velocity ranging from 3 to 10 m/s and using a piezoresistive pressure sensor to detect pressure fluctuations caused by the shedding and vortex formation. The experimental procedures were divided in five stages to make it possible to verify the influence of the following parameters in the signal data acquisition: electric network noise, the bluff body presence and the noise generated due to its presence, number of sampling data points, tubing length and sensor positioning. The sensitivity of the experiment could be observed testing the air flowing with no bluff body inside the pipe. Thus, it was possible to investigate the influence of the noise generated due to this flux limiting body. It could be also observed, mainly at 3 m/s or less, the noise generated due to the electric network. Despite the listed influences, and with the use of the Gabor transform, a more intense signal on the vortex frequency for the flow velocity was observed, showing that the Strouhal number remains almost constant and is independent of the Reynolds number. It is important to recall that this conclusion is valid for Reynolds numbers between 3000 and 100000. In the experiments the factor of sensitivity (vortex frequency/mean velocity) obtained was 8,2 Hz/m/s and the mean Strouhal number 0,196.