Estudo experimental do escoamento sobre placas planas munidas de protuberâncias quadradas e onduladas

Abstract

No presente trabalho, padrões de escoamento e emissão de vórtices produzidos por protuberâncias quadradas e onduladas situadas sobre uma placa plana são experimentalmente estudados através de visualização de escoamentos e anemometria de filme quente. Os experimentos foram conduzidos em um túnel hidrodinâmico vertical com intensidade turbulenta da corrente livre inferior a 0,3%. Informações qualitativas e quantitativas foram obtidas para números de Reynolds de até 2 500. Os padrões de escoamento foram capturados por meio de imagens estáticas com o túnel em operação no modo blow-down enquanto que a freqüência de emissão de vórtices foi determinada por anemometria de filme quente em regime permanente. A injeção de corante líquido a montante das protuberâncias permitiu a visualização de recirculações nas cavidades bem como a formação e emissão de vórtices na camada cisalhante sobre as protuberâncias. A visualização de escoamento também contribuiu para encontrar o melhor posicionamento da sonda de filme quente a fim de obter a frequência de emissão de vórtices. Imagens da visualização de escoamentos obtidas para diferentes números de Reynolds mostraram a complexa estrutura topológica do escoamento, caracterizada pela emissão de vórtices, bolhas de recirculação, escoamento reverso e características da camada limite. Adicionalmente, o comportamento da frequência de emissão de vórtices como função do número de Reynolds foi determinado

In the present work, flow patterns and vortex shedding phenomenon produced by square and wavy protuberances placed on a flat wall are experimentally studied by means of flow visualization and hot-film anemometry. The experiments have been performed in a vertical hydrodynamic tunnel whose turbulent intensity measured was less than 0,3%. Qualitative and quantitative information have been obtained for Reynolds numbers up to 2 500. The flow patterns have been captured in photographic still images in blow-down mode while vortex shedding frequencies have been determined by hot-film anemometry in steady mode operating. Injection of liquid dye upstream protuberances has allowed to visualize the recirculating flow inside cavities as well as vortex formation and shedding in the shear layer over the protuberances. Flow visualization has also helped to identify the best position to insert the hot-film probe in the flow in order to obtain a vortex shedding frequency with a high signal noise ratio. Flow visualization images obtained at different Reynolds number have shown the complex topological structure of the flow, characterized by vortex shedding, recirculating bubbles, reverse flow and boundary layer separation and attachment. Additionally, the behavior of the dimensionless vortex shedding frequency as a function of the Reynolds number has been determined