| Resumo: |
Este projecto tem por objectivo estudar experimentalmente uma nova técnica que visa suprimir o processo de ejecção de vórtices e simultaneamente aumentar a mistura no interior do tanque UV sem que haja um aumento dos custos de energia. A técnica involve a colocação de um pequeno cilindro de 'controlo' na vizinhança do cilindro principal (a fonte de UV). Sabe-se, de resultados de simulações numéricas directas, que a presença de um cilindro de 'controlo' altera fortemente a dinâmica do escoamento e pode conduzir quer à supressão quer ao aumento da intensidade da ejecção de vórtices, dependendo do seu tamanho e localização em relação ao cilindro maior. Os efeitos deste cilindro de 'controlo' também dependem fortemente do número de Reynolds do escoamento. Neste caso particular, o nosso interesse está na supressão da ejecção de vórtices, a par de um aumento da mistura turbulenta para assegurar que os níveis mínimos de dosagem e de tempos de exposição ao UV sejam atingidos. Neste projecto investigaremos experimentalmente e em detalhe o escoamento de fluidos newtonianos e de alguns fluidos não newtonianos em torno de um único cilindro, com um cilindro de 'controlo' posicionado em várias localizações em redor do cilindro principal, para mapear sistematicamente as condições de supressão de vórtices e recolher dados para a validação de cálculos.
O diâmetro do cilindro principal será da ordem dos 20 mm e o do cilindro de 'controlo' será da ordem dos 3 mm. O cilindro de 'controlo' será colocado junto, ou no interior, da camada limite do cilindro principal, mas a diferentes posições angulares não longe dos 90° medidos a partir do ponto de estagnação frontal. Serão investigados os seguintes casos: (1) escoamento de água, e possivelmente de um fluido newtoniano viscoso, e de fluidos não newtonianos análogos à água não tratada, em torno de um cilindro que será o caso de referência; (2) escoamento dos mesmos fluidos newtonianos e não newtonianos em torno de um cilindro com ci  |
Resumo
Este projecto tem por objectivo estudar experimentalmente uma nova técnica que visa suprimir o processo de ejecção de vórtices e simultaneamente aumentar a mistura no interior do tanque UV sem que haja um aumento dos custos de energia. A técnica involve a colocação de um pequeno cilindro de 'controlo' na vizinhança do cilindro principal (a fonte de UV). Sabe-se, de resultados de simulações numéricas directas, que a presença de um cilindro de 'controlo' altera fortemente a dinâmica do escoamento e pode conduzir quer à supressão quer ao aumento da intensidade da ejecção de vórtices, dependendo do seu tamanho e localização em relação ao cilindro maior. Os efeitos deste cilindro de 'controlo' também dependem fortemente do número de Reynolds do escoamento. Neste caso particular, o nosso interesse está na supressão da ejecção de vórtices, a par de um aumento da mistura turbulenta para assegurar que os níveis mínimos de dosagem e de tempos de exposição ao UV sejam atingidos. Neste projecto investigaremos experimentalmente e em detalhe o escoamento de fluidos newtonianos e de alguns fluidos não newtonianos em torno de um único cilindro, com um cilindro de 'controlo' posicionado em várias localizações em redor do cilindro principal, para mapear sistematicamente as condições de supressão de vórtices e recolher dados para a validação de cálculos.
O diâmetro do cilindro principal será da ordem dos 20 mm e o do cilindro de 'controlo' será da ordem dos 3 mm. O cilindro de 'controlo' será colocado junto, ou no interior, da camada limite do cilindro principal, mas a diferentes posições angulares não longe dos 90° medidos a partir do ponto de estagnação frontal. Serão investigados os seguintes casos: (1) escoamento de água, e possivelmente de um fluido newtoniano viscoso, e de fluidos não newtonianos análogos à água não tratada, em torno de um cilindro que será o caso de referência; (2) escoamento dos mesmos fluidos newtonianos e não newtonianos em torno de um cilindro com cilindro de 'controlo' localizado em várias posições ao redor do cilindro principal para investigar o seu efeito sobre a intensidade de ejecção de vórtices; (3) escoamento em torno de uma fieira de cilindros, emulando condições existentes num reactor industrial de tratamento de águas, e em que todos os cilindros possuem cilindro de 'controle'; (4) escoamento de todos os fluidos através de um feixe de tubos como num tanque de tratamento, com todos os cilindros possuindo o respectivo cilindro de 'controlo' na configuração que melhor desempenho mostrou no caso de fieira única.
Os ensaios experimentais realizar-se-ão no circuito fechado de água de 400 litros do CEFT-FEUP, após instalação de uma nova secção de teste e algumas melhorias no túnel. Para quantificar os efeitos do cilindro de 'controlo' será necessário medir o perfil longitudinal da tensão normal de Reynolds transversal ao longo da linha central do cilindro principal, o espectro das flutuações instantâneas de velocidade longitudinal e a pressão na superfície do cilindro maior para quantificar a frequência da ejecção de vórtices e a extensão das modificações do escoamento trazidas pela introdução do cilindro de 'controlo'. A velocidade longitudinal e a tensão de Reynolds serão medidas com um anemómetro laser-Doppler e será feito também um processamento dos dados de velocidade por FFT. O recurso ao PIV permitirá obter mapas do escoamento instantâneo para melhor averiguar o efeito do cilindro de 'controlo' e a intereferência no caso de cilindros múltiplos. Para seleccionar fluidos não newtonianos apropriados a simular as águas não tratadas da forma mais correcta, medirse-ão as propriedades reológicas de todos os fluidos num reómetro rotacional e num reómetro de ruptura de capilar.
Este projecto beneficiará ainda de uma colaboração em curso com o Professor BA Younis do Departamento de Engenharia Civil e Ambiente da Universidade da Califórnia-Davis, que é consultor deste projecto. |