Estudo experimental do escoamento em torno de cilindros circulares em movimento de rotação

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

O presente trabalho traz uma investigação experimental do escoamento em torno de um cilindro rotativo posicionado perpendicularmente à direção principal do escoamento, para números de Reynolds inferiores a 103. Os experimentos foram conduzidos em um túnel hidrodinâmico vertical, com seção de teste 146x146x500 mm e intensidade turbulenta da corrente livre inferior a 0,5%. O diâmetro do corpo de prova foi fixado em 6 mm, proporcionando um bloqueio sólido no interior da seção de testes pouco superior a 4%. A influência do número de Reynolds e da rotação específica do corpo de prova sobre a configuração do escoamento foi bastante estudada. A freqüência de emissão dos vórtices, necessária ao cálculo do número de Strouhal, foi determinada a partir da obtenção do sinal de velocidades, adquirido com o auxílio de um anemômetro de filme quente, ou através da técnica de contagem de fotogramas. Técnicas de visualização de escoamento foram, também, empregadas, em diferentes circunstâncias, tanto na análise qualitativa do escoamento, como para auxiliar o correto posicionamento das sondas de filme quente. Em vários ensaios, a visualização do escoamento por injeção de corante líquido a montante do corpo de prova foi utilizada, mostrando-se bastante eficiente, sobretudo no que concerne à qualidade das imagens obtidas. No entanto, esta técnica só possibilita a visualização de uma região bastante restrita do escoamento e, dependendo do posicionamento da agulha de injeção, diferentes configurações do escoamento podem ser observadas, dificultando a interpretação dos resultados. Para contornar esta situação, utilizou-se, também, a técnica de geração de bolhas de hidrogênio, que permite uma visão mais abrangente do campo de escoamento. De maneira geral, os resultados foram bastante satisfatórios quando comparados com a literatura, mostrando que a... .

This work presents an experimental investigation on the flow around a rotating cylinder positioned perpendicularly to the free stream, for Reynolds numbers up to 103. The experiments have been carried out inside a 146x146x500 mm test section of a vertical water tunnel, using a 6mm diameter cylinder, which has provided a lower than 4% blockage ratio inside the test section, under a less than 0.5% maximum free-stream turbulence intensity. The influence of both diameter-based Reynolds number and specific rotation of the cylinder on the flow configuration has been analyzed. The vortex shedding frequency, parameter necessary to evaluate the Strouhal number, has been determined from the velocity signal from hot film anemometer as well as directly through a framecounting technique. Two different methods of flow visualization, liquid dye and hydrogen bubble generation, has been also used under distinct circumstances, in order to provide a qualitative analysis of the flow, as well to obtain the correct location of the hot-film probes. In some experiments, flow patterns have been visualized by liquid dye injection upstream the test cylinder, propitiating a good image quality. Dye injection, however, allows for the visualization of a quite restricted area of the flow, in such a way that, depending on the needle location, several distinct flow configurations appear, making it very difficult the interpretation of the results. In order to mitigate those drawbacks, the technique of hydrogen bubble generation has also been employed, reaching for a far wider vision of the flow field. The achieved results have showed that the wake structure is strongly affected by the cylinder rotation, in such a way that the vortices generation can be totally inhibited for a values upper than 2, in the all range of the Reynolds number.