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Type: TESE DIGITAL
Title: Análise experimental de uma camada limite turbulenta perturbada por um par de rugas triangulares
Title Alternative: Experimental analysis of a turbulent boundary layer perturbed by a pair of low hills
Author: Oliveira, Gabriel Victor Gomes de, 1991-
Advisor: Franklin, Erick de Moraes, 1974-
Abstract: Resumo: Escoamentos com camadas limites turbulentas sobre paredes planas na presença de rugas são encontrados frequentemente, seja em escoamentos dentro de dutos fechados na indústria ou escoamentos de superfície livre na natureza. Alguns exemplos são os escoamentos de ar sobre rugas e dunas no deserto, e também escoamentos de água sobre dunas aquáticas dentro de dutos fechados, como ocorre em tubulações de petróleo. A perturbação de uma camada limite turbulenta bidimensional por uma ruga introduz novas escalas no problema, pois altera a maneira na qual as velocidades e as tensões são distribuídas ao longo do escoamento. É um problema complexo de ser resolvido tanto analiticamente como numericamente. Esta dissertação de mestrado consiste em um estudo experimental da perturbação causada por um par de rugas bidimensionais de baixa razão de aspecto sobre uma camada limite turbulenta totalmente desenvolvida. Nos experimentos, escoamentos de água com vazões de 8 e 10 m³/h (correspondendo a números de Reynolds baseados na altura do canal de 27.500 e 35.000) foram impostos sobre um par de rugas triangulares afixado na parede inferior de um duto retangular de acrílico fechado, e o campo de velocidades foi medido pela técnica PIV ¿ Velocimetria por Imagem de Partículas. A partir das medidas instantâneas do escoamento, campos médios e de flutuações de velocidade puderam ser determinados, bem como as tensões viscosa e turbulenta e a produção de turbulência. Dessa forma foi possível obter e entender as características principais do escoamento perturbado sobre as rugas comparando-o com o escoamento não perturbado no duto retangular, e analisar a tensão de cisalhamento na superfície das rugas em termos de instabilidade de um leito granular. Nossos resultados mostram que para a ruga a montante, a tensão de cisalhamento cresce próximo ao seu bordo de ataque e decresce na direção de sua crista, enquanto que para a ruga a jusante, a tensão de cisalhamento decresce monotonicamente entre o ponto de recolamento e sua crista. A distribuição de tensões encontrada sobre as rugas sustenta a existência das mesmas em leitos móveis

Abstract: Turbulent boundary layers in the presence of low hills (hills of small aspect ratio) are often found in nature and industry. Some examples are air flows over sand dunes and ripples in deserts and water or oil flows over sequential sand ripples in closed conduits, such as happens in petroleum pipelines. The presence of these ripples alters the way in which velocities and stresses are distributed along the flow. In this study, we performed experiments on the perturbation of a fully-developed turbulent boundary layer by two sequential 2-D low hills of triangular shape. The experiments were performed by imposing different water flows in a closed conduit of rectangular cross-section, made of acrylic, and with the pair of triangular ripples fixed on the bottom of the test section. The flow rates used were 8 and 10 $\mathrm{m^3/h}$, corresponding to moderates Reynolds numbers based on the channel height of 27,500 and 35,000, respectively. The instantaneous flow fields were then measured by PIV (Particle Image Velocimetry). From the instantaneous velocity fields, the mean velocities and fluctuations were computed, and from them we could determine the viscous stresses, turbulent stresses and turbulent production. The general behaviors of velocities and stresses of the perturbed flow were compared to the unperturbed flow and the shear stress at the surface of the ripples is discussed in terms of granular bed stability. Our results show that for the upstream ripples the shear stress increases at the leading edge and decreases towards the crest, while for the downstream ripple it decreases monotonically between the reattachment point and the crest. The stress distribution over the pair of ripples sustain the existence of these ripples over movable beds
Subject: Camada limite turbulenta
Perturbação
Turbulência
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2017
Appears in Collections:FEM - Tese e Dissertação

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