Turbulent flow at the outlet region of a curved rectangular divergent duct: experimental study

Neste trabalho é apresentado o estudo experimental do escoamento turbulento em um duto curvo simulando parte de uma caldeira de uma usina termoelétrica. As cinzas resultantes da queima de carvão mineral, transportadas pelos gases da combustão, incidem sobre o economizador, localizado após um duto curvo, e provocam erosão dos tubos, levando a falhas que provocam a parada da unidade. A distribuição do escoamento após a curva favorece a erosão na região próxima à parede côncava do duto. A solução clássica para redistribuição do escoamento em curvas são as chapas direcionadoras. No caso presente elas não são aplicáveis, pois a erosão de seus componentes de sustentação iria aumentar os riscos operacionais. Este problema foi investigado em um modelo em escala do duto curvo, usando ar como fluido de trabalho. Foi feita visualização do escoamento com fios de lã na parede do duto. As medições foram realizadas com tubo de Pitot e anemômetro de fio quente. Foram feitas modificações na seção de testes usando técnicas de controle da camada limite. Os resultados mostram que a distribuição do escoamento após a curva foi melhorada e que as modificações, quando aplicadas à caldeira, propiciarão um funcionamento mais seguro e econômico.This paper presents an experimental study of the turbulent flow in a curved duct which simulates part of a thermal-electrical power plant. Ashes, carried in the power plant by the flow of gases from the furnace, impinge on the pipes of the economizer, after passing a curved duct, and produce erosion of the pipes, leading to failures which stop plant operation. Flow distribution after the curve increase the erosion near the concave wall of the duct. Classical solutions for flow redistribution in curves, like vanes, are not applicable since they could increase operational risks due to the erosion of the vanes. This problem was investigated in a scale model of the curved duct, in which, for simplicity, air was used as the working fluid. Flow visualizations with wall tuft method, Pitot tube and hot wire measurements were applied. Based on the results, modifications in the test section were made, using boundary-layer control techniques. The results show that the flow redistribution after the curve was improved, and the modifications, when implemented in the plant, may lead to safer and economical operational conditions