Visualização da bioestabilidade em dois cilindros circulares dispostos lado a lado em um canal hidráulico posicionados na horizontal e na vertical

Abstract

Este trabalho apresenta um estudo experimental referente ao fenômeno da biestabilidade que ocorre em escoamentos turbulentos sobre dois cilindros circulares dispostos lado a lado. Para a realização do experimento, foram escolhidas duas posições para os cilindros: uma em que os cilindros circulares foram colocados na posição horizontal e outra em que os cilindros foram colocados na posição vertical. O experimento, realizado com escoamento de água e Reynolds de Re = 5,5 x 103, exigiu a construção de um canal hidráulico de circuito fechado, tendo como inspiração o projeto de canal hidráulico desenvolvido pelo Núcleo de Dinâmica e Fluidos da Universidade de São Paulo. A construção, realizada com chapas de alumínio de 0,8 mm de espessura e chapas de acrílico de 10 mm de espessura, teve diversos processos de fabricação com a utilização de máquinas e ferramentas diversas. Para os cilindros circulares, escolheu-se tubos de PVC de 25 mm de diâmetro externo, razão de espaçamento P/D = 1,26, onde “P” é a distância entre os centros dos cilindros adjacentes e “D” o diâmetro. Para a visualização das esteiras de vórtices formadas pelos cilindros, injetou-se tinta nanquim colorida diluída em água através de finas mangueiras de 2 mm de diâmetro. Estas foram inseridas no interior dos cilindros com as saídas simétricas ao ponto de estagnação, defasadas 60º uma da outra, voltadas para montante do escoamento e rentes às geratrizes externas dos cilindros. O canal hidráulico, construído para este experimento, possibilitou uma excelente visualização do fenômeno da biestabilidade, mostrando com clareza as trocas entre as esteiras larga e estreita, conforme relatos da literatura - fato verificado por meio de coleta de imagens em vídeo e análise no software Tracker. Realizou-se uma comparação qualitativa entre os resultados deste trabalho e os resultados encontrados por De Paula, 2008, em canal aerodinâmico, apresentando similaridade.

This work refers to an experimental study related to the bistability phenomenon that occurs under turbulent flows by two circular cylinders arranged side by side. Two different positions were chosen for cylinders for this experiment. The circular cylinders were placed horizontally and also vertically, to be mentioned. The experiment was conducted using water flow as Reynolds set at Re = 5.5 x 103. This setup is required for construction channel inspired of the project developed by Dynamics and Fluid Center, University of São Paulo. The construction of the channel used 0.8 mm thick aluminum plates, 10 mm thick acrylic plate. Different manufacturing processes and various machines and tools were used for the construction of the model. An 25 mm outer diameter PVC pipe were chosen for circular cylinders, the aspect ratio P/D chosen was of 1.26, where “P” is the pitch or the distance between the centers of adjacent cylinders and “D” the diameter. For the vortex shedding visualization formed by the rollers a dissolved ink is injected by 2 mm thin hoses. Those hoses were inserted into the interior of the cylinders by a symmetrical outputs the 60 lagged from the stagnation point and so facing upstream of the flow and flushed by the outer walls of the cylinders. The channel was built for this experiment enabled an excellent view of the bistability phenomenon showing clearly the exchanges between the wide and narrow wake, according to published literatures. It was based on the images and analysis using the software Tracker. A qualitative analysis was realized between the results of this work and the results found by De Paula, 2008, in aerodynamic channel, showing similar results.