Escoamento turbulento em meio granular denso: alterações na estrutura do escoamento

Resumo

A fluidização e o transporte partículas sólidas por um escoamento turbulento são bastante comuns na natureza e na indústria. Alguns exemplos são o transporte de areia pelo vento no deserto e pela água em rios e oceanos, o transporte de areia em canais e sistemas de dragagem e de esgoto, a fluidização de grãos para a gaseificação de combustíveis sólidos, e o transporte pneumático de grãos na indústria de alimentos. Em termos de balanço de forças, o escoamento do fluido transfere parte de sua quantidade do movimento para o leito granular que então se fluidiza ou se desloca, dependendo do caso. Ao se fluidizar ou se deslocar, os grãos podem oscilar a frequências características e também formar clusters, que são estruturas maiores e oscilam a frequências mais baixas. As oscilações do meio granular afetam o fluido em escoamento, que é o responsável pelo movimento dos grãos, em uma espécie de mecanismo de feedback. No caso de escoamentos turbulentos, as oscilações dos grãos alteram as características do escoamento original, afetando o escoamento médio, as flutuações, e as energias em cada escala. Apesar de bastante comum, este é um problema ainda em aberto e para o qual medidas experimentais são necessárias. Este estágio de pós-doutorado propõe uma investigação experimental do escoamento turbulento interagindo com um meio granular denso. Os experimentos serão realizados em dois casos: (I) um leito fluidizado por um líquido e (II) um leito móvel horizontal, de forma a se comparar os efeitos da interação para estes diferentes casos. As medidas do escoamento serão realizadas com PIV (Particle Image Velocimetry) de baixa frequência (4 Hz) e visualização com câmera de alta velocidade (1 kHz) e laser contínuo. Para o caso do leito fluidizado, a técnica de casamento de índices óticos entre o líquido e os grãos será realizada. Com isto, pretende-se obter detalhes da estrutura do escoamento turbulento sobre o leito móvel e através de um leito fluidizado (campos médios de velocidade e momentos de segunda ordem, etc. (AU)