Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / In the present thesis, two distinct scientific problem in fluid mechanics are studied using
laboratory observation techniques. In the first of them, a tank was used to simulate microburst
propagation. In the experimental set-up, the flow was driven by combined impinging jet and
density perturbations forcing with the aim of determining their relative influence on the overall
microburst behaviour and, in particular, the initiation and structural evolution of the resulting
vortex. These results were compared with those reported in previous simulation works. Such
comparisons showed that the laboratory model may satisfactorily reproduce relevant aspects
of a microburst. An expression for the characteristic microburst propagation velocity was derived,
accounting for the combined effects of forced velocity and flotation forces generated by
the density difference. The vortex structure is largely affected by the forcing type. The succession
of vortex is best defined when a large density perturbation is combined with a weak jet
impingement. The opposite configuration causes a main vortex to be succeeded by a wake
where vortex structures are not clearly defined. In the second part, experiments were conducted
in a wind tunnel above a cooled surface with the aim of determining the influence of the
thermal stratification on turbulence-related quantities. The experimental apparatus consists
of an aluminum plate inserted at the bottom surface of the test section, which is then cooled
until 5ºC, so that a stably stratified surface is formed. As wind speeds increase, such a stable
layer is soon destroyed. Data show that quantities such as temperature, variances, dissipation
rates and turbulent fluxes are substantially reduced when a stratification is present. On the
other hand, third and fourth order statistical moments, as well as the mean wind speed are
very slightly affected by the stratification. / Neste trabalho, dois problemas científicos distintos de mecânica dos fluídos são estudados utilizando-se técnicas de observação em laboratório. no primeiro deles, utilizou-se observações em
tanque para simular microbursts. O escoamento foi induzido através da combinação de dois processos definidos como jato incidente e perturbações de densidade, com o objetivo de determinar a sua influência sobre o comportamento de forma geral do microbursts e, em particular, o começo e a evolução
estrutural dos vórtices resultantes. Estes resultados foram comparados com trabalhos anteriores. Uma expressão para a velocidade característica de propagação do microburst foi obtida, representando os efeitos combinados de velocidade forçada e as forças de perturbação gerados pela diferença de densidade, cujas previsões estão em boa concordância com os dados experimentais. A estrutura do vórtice é em grande parte afetada pelo tipo de forçante. A sucessão de vórtices é melhor definida
quando a influência da perturbação de densidade se destaca sobre a de jato incidente. A configuração oposta provoca um vórtice principal a ser sucedido por uma esteira, no qual as estruturas dos vórtices não são claramente definidas. Em uma segunda etapa, experimentos foram realizados em túnel de vento sobre uma superfície resfriada para verificar- se a influência da estratificação térmica sobre quantidades associadas a um escoamento turbulento. No aparato experimental, uma placa de
alumínio foi inserida na superfície inferior da seção de testes e resfriada até atingir uma temperatura de 5ºC, com o objetivo de verificar a formação de uma camada limite térmica estável e a influência da mesma sobre as grandezas analisadas. É possível observar a formação de uma camada estratificada,
e logo destruída conforme os valores de vento aumentam. Os dados analisados, mostram uma redução substancial nos casos de vento mais fraco para as grandezas como temperatura, variâncias, taxas de dissipação e fluxos turbulentos. Por outro lado, momentos estatísticos de terceira e quarta
ordem, assim como a velocidade média do vento foram pouco afetados pela estratificação.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsm.br:1/3916 |
| Date | 02 October 2013 |
| Creators | Demarco, Giuliano |
| Contributors | Acevedo, Otávio Costa, Bodmann, Bardo Ernst Josef, Puhales, Franciano Scremin, Anabor, Vagner |
| Publisher | Universidade Federal de Santa Maria, Programa de Pós-Graduação em Física, UFSM, BR, Física |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSM, instname:Universidade Federal de Santa Maria, instacron:UFSM |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 100500000006, 400, 300, 300, 300, 300, 300, 4239c892-611b-4128-ac89-6b924ba480e5, 1ec36f46-5aae-413d-8398-39da79c78916, 8f66b319-b06c-414c-a233-b6b1a6668b12, 1d272deb-27f4-48b8-a2c0-d93587745031, e2955b6a-a0a9-4b9a-b137-88e4ddbeb5d8 |
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