[pt] O presente trabalho descreve uma investigação referente ao movimento relativo entre partículas rígidas e fluidas de natureza Newtoniana ou Não-Newtoniana.
Experimentos inéditos envolvendo partículas rígidas esféricas e cilíndricas são realizados com o objetivo de se validar uma teoria, que permite que parâmetros relevantes do escoamento perturbem pela presença de partículas rígidas, possam ser calculado em função de parâmetros do escoamento não perturbando-escoamento em ausência da partícula perturbadora.
Embora a teoria refira-se, indistintamente, ao escoamento relativo entre a partícula rígida e o fluido, no âmbito do presente trabalho, e sem perda generalidade, estudou-se sempre a queda de partículas em um meio fluido estacionário.
Três diferentes classes de sistema fluido-partícula foram investigadas-partícula cilíndrica e fluida Newtoniano, (ii) partícula e fluido Não-Newtoniano e (iii) partícula esférico e fluido Não Newtoniano.
Para o caso de fluidos Newtonianos, além de se comprovar a teoria dentro dos limites do domínio de validade inicialmente previstos para esta (Rep menor que 2,0), são realizados experimentos que extrapolam este domínio, obtendo-se resultados surpreendentes, entre os quais, a constatação experimental da validade da teoria - originalmente desenvolvida para o Regime de Oseen, além deste regime. Apresenta-se, também, uma análise física fundamentada nas equações de movimento, objetivando explicar uma complexa transição de comportamento observada.
Transição esta que, embora já detectada em trabalhos anteriores, carecia de uma interpretação física adequada.
Experimentos envolvendo fluidos Não-Newtonianos puramente viscosos do tipo power law-apresentando diferente valores do expoente
power law - 0,75 menor que n menor que 0,91 - e partículas rígidas esféricas ou cilíndricas, foram realizados no regime hidrodinâmico com Reynolds variando de 0,03 a 46. Os resultados obtidos comprovam a validade da teoria, ampliando seu domínio de validade a situações até então não investigadas.
Com base no presente trabalho é sugerida uma original abordagem a respeito do comportamento da teoria, com a generalização e ampliação do seu domínio de validade.
O trabalho apresenta, também, uma contribuição ao complexo processo de fabricação de fluidos Não-Newtonianos, com propriedades reológicas pré-determinadas, resumindo e criticando outras experiências esparsamente publicadas na literatura.
Diferentes técnicas de viscosimetria são testadas objetivando-se a obtenção das propriedades reológicas dos fluidos utilizados. Com base em intercomparações de métodos realizadas, bandas de incerteza mais realistas foram propostas com condicionantes inerentes aos diferentes métodos testados.
Finalmente, é apresentado um estudo relativo a influência que a proximidade das paredes do duto exerce na força de atraso viscoso atuante sobre a partícula. / [en] This work describes an investigation concerning the relative motion
of solid particles in Newtonian and Non-Newtonian flows. Inedit
experiments involving particles of spherical and cylindrical shapes are
perfomed in order to validate a theory which allows properties
of the disturbed flow to be measured by means of properties of the
undisturbed flow. Based on the nature of the governing equations,
physical insigts are provided in order to explain a radical change
in behavior of the results obtained for particle Reynodls Number
greater than 120.
Without loss of generality,the present work refers to the free
falling of a rigid particle in a stationary fluid, in order to study
a more general case concerning the relative motion between
the rigid particle and the fluid. There diferent class of fluid
particle systems were investigated (i) cylindrical shape particle and Newtonian
fluid, (ii) cylindrical shape particle and Non-Newtonian fluid (iii) cylindrical
shape particle and Non-Newtonian fluid.
Concernig experiments perfomed with Newtonian fluids, in adition
to validate the theory within the Ossen regime, experiments were
perfomed allowing the validation of theory far beyond the original
Ossens regime. Based on these experiments and on the physical analysis
of the nature of the governing equations, it is suggested an original
analysis to explain the complex transition region observed. Although already quoted
in the literature, this complex transition region was never fully explained.
Experiments perfomed in Non-Newtonian fluids of the Power Law
type, for diferents values of the Power Law expoent(0.75 lower or equal to less than 0,92)and solid
spherical or cilyndrical particles, were performed in the hydrodynamical
regim having Reynodls Number varying from 0.03 to 46. The obtained
results, validate the theory and expand its aplication domains for physical
situationsyet not studied.
This work extends understanding of the complex process concernig
fluid preparation, aiming previously desired rheological properties.
Different measuring techniques were tested in order to qualify
a method concerting the determination of the reological properties
of the fluids employed in this research. Based on the systhematic
intercomaparation method perfomed, a more realistic uncertainty
band was attributed to each method verified.
Finally, the work presents a study of the wall effect proximity
on the viscous drag acting on the particle.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:19115 |
| Date | 03 February 2012 |
| Creators | HELDER GOMES COSTA |
| Contributors | MAURICIO NOGUEIRA FROTA |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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