Tese de Doutorado por Fabio Jessen Werneck de Almeida Martins: “Characterization of Near-Wall Turbulent Flows by Tomographic PIV”

O estudo fundamental de estruturas turbulentas próximas a paredes é de significativa importância devido ao seu papel dominante em inúmeras aplicações de engenharia. Em escoamentos turbulentos, estruturas de diferentes escalas interagem entre si através de um fenômeno complexo caracterizado por um processo contínuo e auto-sustentável. Embora a presença de padrões de movimento coerente pareça ser responsável pela manutenção da turbulência, a evolução e a interação destas estruturas ainda não são completamente entendidas. Para investigar tais fenômenos, foram realizados estudos de escoamentos turbulentos sobre uma placa plana em um túnel de vento e dentro de um canal de água quadrado, configurando estudos de escoamentos próximos a paredes. O presente trabalho empregou uma técnica tomográfica de velocimetria por imagem de partícula, TomoPIV, de alta taxa de medição de campos de velocidade tridimensionais, permitindo a determinação do tensor gradiente de velocidade completo, assim como da reconstrução da história temporal das estruturas turbulentas. O processamento da técnica TomoPIV foi optimizado a fim de melhorar o desempenho do algoritmo e a exatidão dos campos vetoriais medidos. As medições realizadas permitiram a obtenção de estatísticas condicionais das estruturas coerentes típicas da camada limite turbulenta, tais como regiões de baixa e de alta velocidades, varreduras (“sweeps”), ejeções (“ejections”) e vórtices, fornecendo informações quantitativas sobre estas estruturas. As análises estatísticas foram realizadas utilizando um código de pós-processamento de dados especialmente desenvolvido no presente trabalho. Os resultados mostraram vórtices distribuídos por todo o escoamento, entretanto, concentrados na vizinhança das regiões de baixa velocidade e ejeções. Estes vórtices apresentaram uma variedade de inclinações e uma ampla gama de escalas de tamanho. Os resultados indicaram que os vórtices estavam indiretamente correlacionados com o processo de produção de turbulência, apesar de serem os principais responsáveis pela dissipação da energia turbulenta. Ejeções e varreduras, associadas às regiões de baixa e de alta velocidade, respectivamente, foram as principais estruturas responsáveis pela produção turbulenta.