Medição da tensão superficial em escoamento desenvolvido numa conduta de secção variável

Abstract

O trabalho desenvolvido teve como objetivo a medição da tensão superficial (tensão parietal), com recurso ao tubo de Preston, num escoamento desenvolvido no interior duma conduta de secção retangular variável. Uma vez realizadas medições da tensão superficial e da diferença de pressão média na sonda de Irwin, foi possível calibrar estas sondas, em condições de gradientes de pressão nulo e diferente de zero. Para a medição da tensão superficial, através do tubo de Preston, recorreu-se à curva de calibração de Patel, sendo que a única equação utilizada dessa curva foi aquela cujos valores do parâmetro x* variam entre 2,9 e 5,6 e os valores do parâmetro y* variam entre 1,5 e 3,5. Foram estudados três casos: (i) gradiente de pressão nulo, (ii) gradiente de pressão favorável e (iii) gradiente de pressão desfavorável. Para os casos em que os gradientes de pressão não eram nulos, foram estudadas, para cada caso, três configurações diferentes. Para cada um dos casos testados, a tensão superficial é calculada para diversos caudais, concluindo-se que, para o mesmo caso, a tensão superficial aumenta com o caudal. Na presença de gradientes de pressão favoráveis o valor da tensão superficial também é superior ao registado em gradientes de pressão desfavoráveis.

The purpose of this study was measuring skin friction, making use of a Preston tube, in a fully developed pipe flow. The pipe flow takes place inside of a rectangular duct with variable section. After the measurements of skin friction and mean pressure difference in Irwin probes, in a pipe flow under pressure gradients it was possible to calibrate these probes for such conditions. To measure the skin friction, making use of a Preston tube, it was used Patel’s calibration curve. The equation that was applied in the study is the one where x* and y* parameters varying between 2,9 and 5,6 and 1,5 and 3,5, respectively. Three cases were studied: (i) constant pressure gradient, (ii) favourable pressure gradient and (iii) adverse pressure gradient. Three geometries were studied for each pressure gradient case. For each case that was tested, wall shear stress was calculated, for different fluid flows, and it was concluded that wall shear stress increases with fluid flow. For favourable pressure gradient wall shear stress is higher than in adverse pressure gradient conditions.