Análise tempo-freqüência de um escoamento em tê: desenvolvimento de uma técnica de comparação entre dados experimentais e resultados numéricos obtidos com os modelos LES e DES
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Data
2017-11-15
Autores
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Editor
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
Universidade de São Paulo
Escola de Engenharia de São Carlos
Universidade de São Paulo
Escola de Engenharia de São Carlos
Resumo
Descrição
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.
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.
Palavras-chave
Análise tempo-freqüência, Simulação de grandes escalas, Turbulência, Large eddy simulation, Time-frequency analysis, Turbulence