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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4769| Título: | Visualization of viscoplastic fluid flow in an abrupt contraction using particle image velocimetry |
| Autor(es): | Garcia Blanco, Yamid Jose |
| Orientador(es): | Franco, Admilson Teixeira |
| Palavras-chave: | Escoamento Viscoelasticidade Dinâmica dos fluidos Plasticidade Fluidos newtonianos Fluidos não-newtonianos Runoff Viscoelasticity Fluid dynamics Plasticity Newtonian fluids Non-Newtonian fluids |
| Data do documento: | 22-Nov-2019 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | BLANCO, Yamid Jose Garcia. Visualization of viscoplastic fluid flow in an abrupt contraction using particle image velocimetry. 2019. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2019. |
| Resumo: | No presente estudo experimental analisamos as especificidades do escoamento de fluidos viscoplásticos, especialmente neste caso as soluções de Carbopol em regime laminar e turbulento através de uma contração abrupta com razão de β = 1:85. O perfil e o coeficiente de queda de pressão na contração são obtidos a partir da entrada de diferentes números de Reynolds, Re0D. Os campos vetoriais de velocidade instantâneos são obtidos para Re0D entre 1 e 10 000, usando a velocimetria por imagem de partícula (PIV-2D), verificando campos vetoriais de velocidade média e quantidades turbulentas de primeira ordem, tais como flutuações de velocidade radial e axial, bem como comportamento da velocidade da linha central, estruturas de vórtices e visualização de regiões não cisalhadas. Observa-se que o coeficiente de queda de pressão para o escoamento de fluido viscoplástico depende diretamente do número de Reynolds no regime laminar e atinge um valor constante para condições turbulentas, apresentando boa concordância com os dados disponíveis na atual literatura. Os perfis de velocidade ao longo da seção de teste apresentam valores inferiores aos obtidos para fluidos Newtonianos em ambos regimes e variam seu comportamento de acordo com as propriedades reológicas de cada solução. Ademais verificam-se flutuações turbulentas similares ao comportamento Newtoniano, apenas com discreta diferença nos perfis radiais. Nota-se que as regiões não cisalhadas deformam-se com o aumento do número de Reynolds e são substituídas por estruturas de vórtice à medida que o escoamento atinge condições de transição, obtendo uma variação do diâmetro efetivo na entrada da contração. O desenvolvimento da estrutura do vórtice foi estudado usando técnicas quantitativas baseadas na taxa de deformação e nos tensores de vorticidade, obtendo assim informações mais precisas sobre seu comportamento no escoamento de fluidos viscoplásticos. Dessa forma, pode-se determinar uma relação entre o número de Reynolds de entrada e o número de Reynolds no plano da contração, independente dos parâmetros reológicos devido às altas taxas de cisalhamento nessa região. |
| Abstract: | The viscoplastic fluid flow of Carbopol solutions is investigated in the following experimental study, for laminar and turbulent regime through an abrupt contraction with an aspect ratio of β = 1:85. The pressure drop profile and the pressure drop coefficient at the contraction are obtained for different entrance Reynolds numbers, Re0D. The velocity vector fields are obtained for Re0 D between 1 and 10 000, using the Particle Image Velocimetry (PIV-2D). Mean velocity vector field and first-order turbulent quantities such as radial and axial velocity fluctuations are obtained, as well as centerline velocity behavior, vortex structures, and visualization of unyielded regions. It is observed that the pressure drop coefficient for viscoplastic fluid flow is dependent on the Re0D for the laminar regime, and reaches a constant value for turbulent conditions, exhibiting good agreement with data available on the literature. The velocity profiles along the test section present lower values than those obtained for Newtonian fluids in both regimes and vary their behavior according to the rheological properties for each viscoplastic solution. Besides, the turbulent fluctuations approach the Newtonian behavior, with a slight difference for the radial profiles. The unyielded regions are deformed as the Reynolds number is increased and are replaced by vortex structures as the flow reaches transitional conditions, obtaining a variation of the effective diameter at the entrance of the contraction. The growth and changes of the vortex structure are studied using quantitative techniques based on the strain rate and the vorticity tensors, to gain accurate and better information about the behavior for these structures into the viscoplastic fluid flow. Finally, a relation was found for the entrance Reynolds number and the Reynolds number at the contraction plane, which is not dependent on the rheological parameters due to the high shear rates in this region. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4769 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais |
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