Fonte: Ricardo Mejia-Alvarez, Hussam Hikmat Jabbar e Mahmoud N. Abdullatif, Departamento de Engenharia Mecânica, Michigan State University, East Lansing, MI

Devido à natureza não linear de suas leis de governo, o movimento fluido induz padrões de fluxo complicados. Entender a natureza desses padrões tem sido objeto de intenso escrutínio há séculos. Embora computadores pessoais e supercomputadores sejam amplamente usados para deduzir padrões de fluxo de fluidos, suas capacidades ainda são insuficientes para determinar o comportamento exato de fluxo para geometrias complexas ou fluxos altamente inerciais (por exemplo, quando o momento domina sobre a resistência viscosa). Com isso em mente, uma infinidade de técnicas experimentais para tornar evidentes padrões de fluxo que podem atingir regimes de fluxo e geometrias inacessíveis às ferramentas teóricas e computacionais.

Esta demonstração investigará o fluxo de fluidos em torno de um corpo blefe. Um corpo blefe é um objeto que, devido à sua forma, causa fluxo separado sobre a maior parte de sua superfície. Isso contrasta com um corpo simplificado, como um aerofólio, que está alinhado no córrego e causa menos separação de fluxo. O objetivo deste estudo é usar bolhas de hidrogênio como método de visualização de padrões de fluxo. As bolhas de hidrogênio são produzidas através da eletrólise usando uma fonte de energia DC submergindo seus eletrodos na água. Bolhas de hidrogênio são formadas no eletrodo negativo, que precisa ser um fio muito fino para garantir que as bolhas permaneçam pequenas e rastreiem o movimento do fluido de forma mais eficaz. Este método é adequado para fluxos laminar constantes e instáveis, e é baseado nas linhas de fluxo básicas que descrevem a natureza do fluxo em torno dos objetos. [1-3]

Este artigo se concentra em descrever a implementação da técnica, incluindo detalhes sobre o equipamento e sua instalação. Em seguida, a técnica é usada para demonstrar o uso de duas das linhas básicas de fluxo para caracterizar o fluxo em torno de um cilindro circular. Estas linhas de fluxo são usadas para estimar alguns parâmetros importantes de fluxo, como a velocidade de fluxo e o número de Reynolds, e para determinar padrões de fluxo.

1. Produzir uma folha contínua de bolhas:

1. Defina o equipamento de acordo com o diagrama elétrico mostrado na Figura 3.
2. Fixar o eletrodo positivo na água na extremidade a jusante da seção de teste (ver Figura 4 para referência).
3. Fixar o eletrodo negativo rio acima e perto do ponto de interesse para liberar as bolhas no fluxo antes que o fluxo atinja o objeto de estudo (ver Figura 4 para referência). A ág

A Figura 2 mostra dois resultados representativos de visualização de bolhas de hidrogênio de uma rua de vórtice von Kármàn. A Figura 2(A) mostra um exemplo de um campo de linhas de listras como evidenciado por distúrbios na folha de bolhas de hidrogênio. Esta imagem é usada para extrair o diâmetro da haste em unidades de máquinas. A Figura 2(B) mostra um exemplo de um campo de cronogramas....

Neste estudo, demonstrou-se o uso de bolhas de hidrogênio para extrair informações qualitativas e quantitativas a partir de imagens de fluxo em torno de um cilindro circular. As informações quantitativas extraídas desses experimentos incluíam a velocidade de fluxo livre ( ), frequência de derramamento de vórtice (), número de Reynolds (Re) e o número strouhal (St). Em particular, os resultados de St vs Re apre...

1. Zöllner, F. Leonardo da Vinci 1452-1519: sketches and drawings, Taschen, 2004.
2. White, F. M. Fluid Mechanics, 7^th ed., McGraw-Hill, 2009.
3. Adrian, Ronald J., and Jerry Westerweel. Particle Image Velocimetry. Cambridge University Press, 2011.
4. Gerrard, J. H., The wakes of cylindrical bluff bodies at low Reynolds number, Phil. Trans. Roy. Soc. (London) Ser. A, Vol. 288, No. 1354, pp. 351-382 (1978)
5. Coutanceau, M. and Bouard, R., Experimental determination of the viscous flow in the wake of a circular cylinder in uniform translation. Part 1. Steady flow, J. Fluid Mech., Vol. 79, Part 2, pp. 231-256 (1977)
6. Kovásznay, L. S. G., Hot-wire investigation of the wake behind cylinders at low Reynolds numbers, Proc. Roy. Soc. (London) Ser. A, Vol. 198, pp. 174-190 (1949)
7. Fey, U., M. König, and H. Eckelmann. A new Strouhal-Reynolds-number relationship for the circular cylinder in the range . Physics of Fluids, 10(7):1547, 1998.
8. Maas, H.-G., A. Grün, and D. Papantoniou. Particle Tracking in three dimensional turbulent flows - Part I: Photogrammetric determination of particle coordinates. Experiments in Fluids Vol. 15, pp. 133-146, 1993.
9. Malik, N., T. Dracos, and D. Papantoniou Particle Tracking in three dimensional turbulent flows - Part II: Particle tracking. Experiments in Fluids Vol. 15, pp. 279-294, 1993.
10. Tropea, C., A.L. Yarin, and J.F. Foss. Springer Handbook of Experimental Fluid Mechanics. Vol. 1. Springer Science & Business Media, 2007.
11. Monaghan, J. J., and J. B. Kajtar. Leonardo da Vinci's turbulent tank in two dimensions. European Journal of Mechanics-B/Fluids. 44:1-9, 2014.
12. Becker, H.A. Dimensionless parameters: theory and methodology. Wiley, 1976.