Visualização de escoamentos em bancos de tubos

Abstract

O escoamento turbulento através de bancos de tubos está presente em um grande número de aplicações de engenharia, especialmente em tubos e barras de trocadores de calor. A forma como o escoamento ocorre afeta os mecanismos de troca de calor e o carregamento estático e dinâmico sobre as estruturas sólidas. O fluido, ao transpor as primeiras fileiras de bancos de tubos, pode sofrer mudanças não estacionárias no seu padrão de escoamento, que se propagam para as fileiras mais interiores. A visualização é uma ferramenta muito importante na compreensão e análise de escoamentos, servindo como instrumento auxiliar em trabalhos de medições das grandezas envolvidas e simulações numéricas. Neste trabalho são apresentadas visualizações de escoamentos sobre arranjos de tubos com disposição quadrangular, realizado em um canal de água, para números de Reynolds na faixa de 1,2x104 a 5,3x104 . A técnica de visualização empregada foi a injeção de um traçador diretamente no escoamento, em pontos convenientemente escolhidos e o registro em imagens digitais. A partir dessas visualizações pôde-se identificar, a partir de arranjos com duas fileiras de tubos, a presença de um padrão de escoamento fortemente transversal à sua direção principal e estudar sua propagação para as fileiras seguintes

The turbulent flow through tube banks is present at several engineering application, specially heat exchangers tubes and bars. The way that the flow occurs affects the heat transfer and static and dynamic loads on solid structures. The objective this study is to understand the random and transient behavior of the instabilities and phenomena that occur in the first rows of tube banks and propagates to its interior. The visualization is a very important tool for the flow understanding and analysis, being an auxiliary instrument for measurement works and numerical simulations. This work presents flow visualizations on quadrangular tube arrays, made a water channel for Reynolds number in a range of 1,2x104 to 5,3x104 . The results show the presence of instabilities generated from the second row of the tube bank, which propagates to the interior of the bank, generating a behavior where the three orthogonal components of the flow are equally important.