Utilização de velocimetria por imagem de partícula na visualização e caracterização de escoamento bifásico

Abstract

O presente trabalho trata da utilização da técnica de Velocimetria por Imagem de Partícula na caracterização de escoamentos bifásicos. A geometria em consideração é o interior de um tubo de vidro de 3 mm de diâmetro. Um primeiro esforço foi realizado no sentido de desenvolver uma técnica para medição da velocidade das bolhas. As dimensões reduzidas dificultam a utilização de sondas ou detectores de fase, resultando na opção pela análise de imagens. Duas fotos sucessivas, com intervalo de tempo entre os registros bastante precisos e controlados por um microcomputador, foram utilizadas na determinação de cada vetor velocidade. Um laser pulsado Nd:YAG aliado a um filtro difusor foi o responsável pela iluminação, ao passo que as imagens eram registradas por uma câmera CCD. A diferença entre os índices de refração do ar, do tubo e do líquido no seu interior, aliado à curvatura das paredes ocasionou distorções que não podiam ser desprezadas, forçando a adoção de estratégias de correção. Através de um algoritmo de correlação cruzada determinou-se o deslocamento que deve sofrer a primeira imagem de modo a melhor se sobrepor à segunda, e a partir deste obtêm-se a velocidade da bolha. Técnicas de resolução subpixel foram utilizadas para aumentar a precisão dos resultados. Para caracterização do campo de velocidades no líquido partículas traçadoras foram adicionadas ao fluido e, por meio de um par de lasers pulsados o plano contido na região de interesse foi iluminado. As imagens, registradas por uma câmera CCD em instantes diferentes, foram processadas por um software específico. A medição dos perfis de velocidade do escoamento monofásico de água em regime laminar e turbulento no interior de um tubo de vidro de 11 mm de diâmetro interno serviu para estimar a incerteza envolvida na utilização desta técnica.