Estudo de um misturador tipo "T" com as técnicas de PIV e PLIF

Abstract

No presente trabalho experimental foram estudados os mecanismos de mistura em um misturador com geometria tipo “T” com as técnicas de velocimetria por imagem de partículas (PIV) e fluorescência induzida por plano laser (PLIF). O misturador “T” é composto por uma junção entre dois tubos, formando um ângulo de 90º. A razão de diâmetros entre os tubos neste trabalho é d/D=0,2. Para a realização deste trabalho, foi construída uma bancada experimental com uma seção de testes transparente de modo a permitir a visualização do escoamento no interior do misturador. A bancada foi concebida com dois circuitos, o primário e o secundário, permitindo a realização de experimentos com circuito aberto (PLIF) ou fechado (PIV). Os experimentos de PLIF e PIV foram realizados utilizando-se um laser do tipo Nd:YAG com comprimento de onda igual a 532 nm de coloração verde. O corante usado para fluorescência foi a Rodamina B e para a velocimetria foram utilizadas partículas ocas de vidro recobertas com prata. O fluido de trabalho empregado nos dois circuitos foi a água. Nas seções experimentais de PIV foram capturadas imagens no plano longitudinal do escoamento para sete razões de velocidades, onde a visualização e análise dos perfis de velocidade permitiram a verificação do aumento da penetração do jato a medida que a razão de velocidade era aumentada. Para a obtenção dos perfis de concentração do misturador “T” foram capturadas imagens no plano longitudinal para sete razões de velocidades, que permitiram a verificação da trajetória do jato e decaimento da concentração, e no plano transversal foram realizadas medições para três razões de velocidades, onde foi possível verificar a homogeneidade da mistura ao longo do tubo escoamento principal. As técnicas de visualização PIV e PLIF demonstraram ser ferramentas poderosas para o estudo de perfis bidimensionais de velocidade e concentração instantâneas, onde os resultados conseguidos revelaram-se de acordo com a literatura estudada. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT

In the present work, the mechanism of a Tee mixer is studied with the techniques of Particle Image Velocimetry – PIV and Plannar Laser Induced Fluorescence – PLIF. The Tee mixer is a junction of two pipes in 90 degrees. The pipe diameter ratio in this work is d/D=0,2. The experimental setup built is divided in two circuits, a primary and a secondary. A test section is located at the end of the primary circuit and it combines both circuits to form the Tee mixer. This test section is made of acrylic pipes which allows the visualization of the flow inside the mixer. The setup can be mounted for a open-loop (PLIF) or a closed-loop (PIV). Both PIV and PLIF experiments were carried out using a Nd:YAG laser at a wavelength of 532nm (green light). The dye tracer used in PLIF is Rhodamine B and for PIV were used hollow glass spheres with diameter of 13 μm and specific mass of 1600 kg/m3. The circuits were fed up with tap water in all experiments. For PIV’s experiments, images were captured in the spanwise direction for seven velocity ratios, where those visualizations brought to the velocity profile analisys the verification that the rise in jet penetration is driven by the increase of the velocity ratio. In the analysis of the concentration profiles, images were captured on spanwise direction for seven velocity ratios which allowed us verify the jet trajectories and the concentration decay. Other images were captured on the transverse direction for three velocity ratios to verify the homogeneity of the mixture down the primary circuit after jet injection. The results matched with the literature reviewed. In this study, it is demonstrated the PIV and PLIF can be used successfully to capture velocity and concentration profiles in the mixing process.