Investigação experimental do escoamento turbulento em válvulas de compressores

Abstract

O presente trabalho é uma investigação experimental do escoamento turbulento em válvulas de compressores alternativos. O difusor radial com discos concêntricos e paralelos é a geometria básica para a análise deste tipo de escoamento e foi escolhida para efeitos de simplificação. Além de válvulas de compressores, o escoamento em difusores é importante em uma série de aplicações tecnológicas (tais como mancais aeroestáticos e válvulas de componentes pneumáticos) e tem despertado também o interesse de pesquisadores devido a suas peculiaridades fenomenológicas. O comportamento do escoamento turbulento através do difusor radial é investigado para os regimes estacionário e transiente. A condição de transiente é representada pela pulsação na vazão do escoamento, imposta pelo acionamento de uma válvula proporcional, mantendo-se porém o afastamento entre os discos fixo. Para a situação de escoamento transiente foi desenvolvida uma bancada capaz de fornecer a distribuição de pressão sobre o disco frontal em qualquer posição do ciclo. A partir dos dados experimentais foi verificado que a distribuição de pressão não é afetada pela pulsação do escoamento em freqüências de até 1 Hz. Trabalhos futuros devem estender a investigação do efeito de inércia para transientes mais rápidos. Uma caracterização detalhada do escoamento estacionário foi possível através do emprego de um sistema de anemometria de fio quente, obtendo-se resultados de velocidade e de grandezas turbulentas na saída do difusor. Para afastamentos elevados entre os discos, verificou-se uma assimetria no perfil de velocidade na saída do difusor provocada pela região de recirculação no difusor. Em todas as situações de escoamentos analisadas, foram registrados níveis elevados de turbulência na saída do difusor. Para alguns casos, no entanto, constatou-se a presença de um processo de laminarização no difusor provocado pela queda dos níveis de velocidade ao longo do difusor. Dados experimentais de distribuição de pressão sobre o disco frontal, e de velocidade e grandezas turbulentas na saída do difusor, foram comparados com resultados obtidos da simulação numérica do escoamento com o modelo de turbulência RNG k-e. O nível de concordância observado entre os resultados indica que o modelo computacional é capaz de prever o escoamento de forma satisfatória.