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Título: Análise experimental da redução de arrasto em soluções com polímeros rígidos e flexíveis em uma geometria rotativa desde os primeiros instantes do escoamento turbulento : efeitos de número de Reynolds, concentração, massa molecular, temperatura e salinidade marinha
Autor(es): Andrade, Rafhael Milanezi de
Orientador: Soares, Edson José
Palavras-chave: Redução de arrasto
Turbulência
Polímeros rígidos e flexíves
Data do documento: 16-Mai-2013
Editor: Universidade Federal do Espírito Santo
Citação: ANDRADE, Rafhael Milanezi de. Análise experimental da redução de arrasto em soluções com polímeros rígidos e flexíveis em uma geometria rotativa desde os primeiros instantes do escoamento turbulento: efeitos de número de Reynolds, concentração, massa molecular, temperatura e salinidade marinha. 2013. 89 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal do Espírito Santo, Centro Tecnológico.
Resumo: A redução de arrasto por adição de polímeros de alto peso molecular em escoamentos turbulentos tem sido extensivamente estudada desde a sua primeira observação há 60 anos. Ao longo dos anos a redução de arrasto tem sido aplicada com sucesso e representa um grande benefício para processos industriais. Entretanto, o fenômeno ainda não é completamente compreendido e muitos aspectos do problema carecem de investigação. Questões importantes são relacionadas ao desenvolvimento das estruturas turbulentas e à quebra das moléculas do polímero. Esses dois fenômenos impõem um comportamento transiente na eficiência do polímero, por isso a redução de arrasto ( ) pode ser claramente dividida em três períodos de tempo. No início do experimento, assume um valor mínimo (por vezes negativo) antes de chegar à máxima eficiência. Quando a degradação se torna importante, começa decrescer até achar seu valor assintótico, momento em que a cisão polimérica para e a distribuição da massa molecular chega ao regime permanente. No presente trabalho o desenvolvimento da redução de arrasto é estudado desde o início do escoamento turbulento em uma geometria rotativa formada por cilindros concêntricos com dupla folga. A redução de arrasto é avaliada para três polímeros diferentes: Óxido de Polietileno (PEO), Poliacrilamida (PAM) e Goma Xantana (XG). Os dois primeiros são conhecidos como polímeros flexíveis, enquanto o ultimo é considerado rígido. Vários parâmetros são investigados, como o número de Reynolds, concentração de polímero, massa molecular, temperatura e concentração de sal sintético do mar. Os resultados iniciais avaliam os primeiros instantes do escoamento turbulento em que apresenta valores negativos, devido ao aumento da viscosidade extensional causado pelo estiramento abrupto das macromoléculas. Os demais resultados avaliam o uso de água do mar sintética como solvente na redução de arrasto. Nesse caso, o início da redução de arrasto ocorre em maiores números de Reynolds e o comportamento de em função do tempo nas soluções de PEO e XG é significativamente alterado.
The drag reduction by the dilute addition of high–molecular weight polymers in a turbulent flow has been extensively studied since the phenomenon wasfirst observed over 60 years ago. Over the yearsreducers in flow systems have been successfully applied and represent a great potential benefit to many industrial processes. However, the phenomenon is not completely understoodand many aspects of the problem remain unclear. Some important issues are related to the development of turbulent structuresafter the additive injectionand to the breakingof the polymer molecules. These two phenomena impose a transient behavior on the polymer efficiency. Over time, at the very beginningof the test, drag reduction (DR)assumes a minimum value (sometimes negative) before reaching itsmaximum efficiency. When the degradation becomes important, DRstarts to decrease until itachievesits asymptotic value, a time in which the polymer scission stops and the molecular weight distribution reaches a steady state. In the present work isstudiedthe drag reduction development from the very beginning of a turbulent flow into a rotating cylindrical double gap device. The DRis induced by three different polymers: Polyethylene Oxide (PEO), Polyacrylamide (PAM) and Xanthan Gum (XG). The first two are known as flexible molecules while the last one is considered rigid.The tests are conducted for a range ofReynolds number, polymer concentration, molecular weight, temperatureand synthetic sea saltconcentration. The initial results discuss the very beginning of the turbulent flow in which DRpresents negative values,due to gain of extensional viscosity caused by polymer stretching. The remaining results discuss the use of synthetic seawater as a solvent.In this case the onset of drag reduction occurred at higher Reynolds number and had significant influence on the extent of drag reduction on PEO and XG solutions
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/4191
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