[pt] Uma técnica óptica não intrusiva foi desenvolvida para fornecer imagens
instantâneas do filme líquido em escoamento anular horizontal ar-água. Imagens
instantâneas das seções longitudinais e tranversais do escoamento revelaram o
comportamento dinâmico do filme de líquido ao redor do tubo. A técnica PLIF –
Planar Laser Induced Fluorescence – foi utilizada para separar a luz emitida pelo
filme daquela (mais intensa) refletida na interface ar-água. A seção de testes
utilizada foi fabricada em material com índice de refração próximo ao da água, o
que permitiu que regiões muito próximas às paredes fossem estudadas sem
distorções ópticas apreciáveis. Imagens longitudinais do filme de líquido foram
capturadas utilizando uma câmera de alta velocidade sincronizada com um laser
de alta taxa de repetição de pulsos. Foram realizados testes com frequências de
aquisição de 250 e 3000 Hz. Um algoritmo computacional foi especialmente
desenvolvido para medir automaticamente a posição da interface ar-água em cada
imagem. A espessura de filme líquido foi medida em duas posições axiais em
cada imagem, gerando dados para a variação temporal da espessura do filme de
líquido em duas posições diferentes. As velocidades de propagação das ondas de
líquido foram calculadas através da correlação cruzada dos sinais de espessura de
filme em função do tempo das duas posições axiais. O espectro de frequência das
ondas foi obtido a partir do sinal transiente de espessura do filme de líquido
capturado. Os resultados obtidos permitiram estudar a dependência das
propriedades do filme líquido com os parâmetros globais do escoamento, tais
como as velocidades superficiais de gás e líquido. O trabalho realizado também
implementou uma técnica de visualização transversal, empregando para isso duas
câmeras digitais de alta velocidade em uma montagem estereoscópica. O laser de
alta repetição foi montado de modo que seu feixe iluminasse a seção tranversal do
tubo. Imagens obidas com as duas câmeras foram distorcidas usando um alvo de
calibração e um polinômio para correção das imagens. Estas imagens distorcidas
foram unidas para reconstruir a forma completa do filme de líquido na seção
tranversal do tubo em função do tempo. Os resultados obtidos com a técnica
estereoscópica desenvolvida constituem-se em uma contribuição original na área
de medição de escoamentos bifásicos. Comparações com os resultados
disponíveis na literatura indicam que o presente trabalho fornece resultados com
níveis de incerteza experimentais equivalentes a outras técnicas bem
estabelecidas. Os resultados obtidos com as técnicas desenvolvidas forneceram
informações úteis para auxiliar o entendimento do comportamento dinâmico do
filme de líquido em escoamentos bifásicos anulares. / [en] A non-intrusive optical technique was employed to provide time-resolved
images of the lower portion of the liquid film of horizontal annular flow of air and
water, revealing the interfacial wave behavior. Time-resolved images of the pipe
cross section revealed the dynamics of the complete liquid film around the pipe
wall. The planar laser induced fluorescence technique (PLIF) was implemented to
allow for the optical separation of the light emitted by the film from that (more
intense) scattered by the air-water interface. The visualization test section was
fabricated from a tube material which has nearly the same refractive index as
water, what allowed for the visualization of the liquid film at regions very close to
the pipe wall. Longitudinal images of the liquid film were captured using a high
speed digital video camera synchronized with a high repetition rate laser. Data
sets were collected with sampling camera frequencies ranging from 250 to 3000
Hz. A specially developed image processing algorithm was employed to
automatically detect the position of the air-water interface in each image frame.
The thickness of the liquid film was measured at two axial stations in each
processed image frame, providing time history records of the film thickness at two
different positions. Wave velocities were measured by cross-correlating the
amplitude signals from the two axial positions. Wave frequency information was
obtained by analyzing the time-dependent signals of film thickness recorded. The
results obtained allowed for the verification of the variation of the liquid film
characteristics with global flow parameters, such as the liquid and gas flow
superficial velocities. For the film cross section observations, two high speed
digital video cameras were used in a stereoscopic arrangement. The high
repetition rate laser had its laser sheet mounted so as to illuminate a pipe cross
section. Images from the left and right cameras were distorted by the use of a
calibration target and an image correction algorithm. Distorted images from each
camera were then joined to yield the complete instantaneous cross section image
of the liquid film. Comparisons with results from different techniques available in
literature indicate that the present technique presents equivalent accuracy in
measuring the liquid film properties. The stereoscopic technique developed is an
original contribution of the present work to the set of experimental techniques
available for the study of two-phase flows. Time–resolved images of longitudinal
and cross section views of the film were recorded and analyzed, what constitutes
in valuable information for the understanding of the dynamics of the liquid film in
horizontal annular flow.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:17241 |
| Date | 08 April 2011 |
| Creators | PAULA STOFER CORDEIRO DE FARIAS |
| Contributors | LUIS FERNANDO ALZUGUIR AZEVEDO |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | TEXTO |
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