Tese: Holographic Particle Image Velocimetry for Wall Turbulence Measurements
Aluno(a) : Juliana Kuhlmann AbrantesOrientador(a): Luis Fernando Alzuguir Azevedo e Michel Stanislas
Área de Concentração: Termociências
Data: 30/03/2012
Resumo: A compreensío cada vez mais detalhada da dinâmica da turbulência em escoamentos na presença de superfícies tem sido o objetivo de diversos estudos experimentais e numéricos há décadas. O principal aspecto prático que faz com que este conhecimento seja crucial é o fato de que o atrito na parede está intimamente relacionado com as estruturas turbulentas existentes na regiío próxima a ela. Técnicas experimentais em mecânica dos fluidos avançaram substancialmente nos últimos anos, possibilitando a medição de campos de velocidade com crescente resolução espacial e temporal. O presente trabalho apresenta em detalhes o desenvolvimento de uma configuração experimental que visa proporcionar medições tridimensionais de velocidade em uma pequena regiío volumétrica na superfície de um grande túnel de vento, levando à determinação da tensío cisalhante na parede com maior exatidío do que outras técnicas existentes. Para isto, a técnica conhecida como Velocimetria por Imagem de Parículas Holográfica (em inglês, Holographic Particle Image Velocimetry - HPIV) é empregada com uma montagem diferenciada do sistema óptico, na qual as partículas adicionadas ao escoamento sío iluminadas lateralmente, espalhando um campo de onda a 90o que entío se recombina com o feixe de referência previamente separado para aquisição holográfica em linha do tipo Gabor. Medições completas (com as três componentes de velocidade) em volumes tío pequenos quanto 1,5mm3 tornam-se possíveis com a utilização de uma lente de microscópio para ampliação da “onda do objeto”, proveniente do campo de partículas. A magnificação também reduz substancialmente o problema de resolução axial encontrado na holografia em linha convencional. Com esta configuração, pequenos volumes próximos à parede do túnel de vento no Laboratoire de Mécanique de Lille foram estudados. Um procedimento de calibração foi executado de modo a relacionar as coordenadas do espaço de reconstrução holográfica com as coordenadas físicas do volume de medição. Um código computacional próprio - que contempla todas as etapas de reconstrução e processamento - foi implementado, e a análise de campos de partículas reconstruídos numericamente mostra que as imagens de partículas individuais possuem boa resolução axial e lateral, levando a crer que a configuração é de fato adequada para este tipo de medição. No entanto, concluiu-se que algumas otimizações na configuração óptica sío necessárias a fim de melhorar os resultados de rastreamento de partículas para obtenção dos campos de velocidade desejados.