VISUALIZATION OF VISCOPLASTIC FLUID FLOW IN AN ABRUPT CONTRACTION USING PARTICLE IMAGE VELOCIMETRY

Abstract

No presente estudo experimental analisamos as especificidades do escoamento de fluidos viscoplasticos, especialmente neste caso as solucoes de Carbopol em regime laminar e turbulento atraves de uma contracao abrupta com razao de β = 1:85. O perfil e o coeficiente de queda de pressao na contracao sao obtidos a partir da entrada de diferentes numeros de Reynolds, Re0D. Os campos vetoriais de velocidade instantâneos sao obtidos para Re0D entre 1 e 10 000, usando a velocimetria por imagem de particula (PIV-2D), verificando campos vetoriais de velocidade media e quantidades turbulentas de primeira ordem, tais como flutuacoes de velocidade radial e axial, bem como comportamento da velocidade da linha central, estruturas de vortices e visualizacao de regioes nao cisalhadas. Observa-se que o coeficiente de queda de pressao para o escoamento de fluido viscoplastico depende diretamente do numero de Reynolds no regime laminar e atinge um valor constante para condicoes turbulentas, apresentando boa concordância com os dados disponiveis na atual literatura. Os perfis de velocidade ao longo da secao de teste apresentam valores inferiores aos obtidos para fluidos Newtonianos em ambos regimes e variam seu comportamento de acordo com as propriedades reologicas de cada solucao. Ademais verificam-se flutuacoes turbulentas similares ao comportamento Newtoniano, apenas com discreta diferenca nos perfis radiais. Nota-se que as regioes nao cisalhadas deformam-se com o aumento do numero de Reynolds e sao substituidas por estruturas de vortice a medida que o escoamento atinge condicoes de transicao, obtendo uma variacao do diâmetro efetivo na entrada da contracao. O desenvolvimento da estrutura do vortice foi estudado usando tecnicas quantitativas baseadas na taxa de deformacao e nos tensores de vorticidade, obtendo assim informacoes mais precisas sobre seu comportamento no escoamento de fluidos viscoplasticos. Dessa forma, pode-se determinar uma relacao entre o numero de Reynolds de entrada e o numero de Reynolds no plano da contracao, independente dos parâmetros reologicos devido as altas taxas de cisalhamento nessa regiao.