ESTUDO DO DESENVOLVIMENTO DE UM ESCOAMENTO TURBULENTO EXCITADO ACUSTICAMENTE

O presente trabalho, de natureza teórico-experimental, objetiva estudar a influencia de perturbações acústicas num escoamento turbulento e subsônico de ar, em desenvolvimento num duto de seção circular de 3000 mm de comprimento e 50,8 mm de diâmetro interno. Perturbações acústicas senoidais são introduzidas no escoamento nas frequências naturais de ressonâncias do duto (56 e 112 Hz), acoplado ao túnel de vento propulsor do escoamento. O trabalho experimental compreende medições dos campos de velocidade média, turbulência e pressão e de características da onda acústica utilizada como fonte de perturbação do escoamento. O campo de pressão induzido pelo escoamento não-perturbado foi medido por técnicas convencionais. Já na situação de escoamento perturbado acusticamente, uma análise da técnica de medição fez-se necessária devido às dificuldades intrínsecas à medição de pressão em escoamentos periódicos. Com base na resposta de diferentes sistemas de medição, desenvolveu-se uma modelagem via técnica de parâmetros concentrados, o que permitiu o estudo da resposta do transdutor de pressão sob o ponto de vista de sistemas não lineares. Para identificar os diversos fatores que distorcem o valor da pressão indicada pelos transdutores na situação de escoamento perturbado, uma intercomparação dos resultados obtidos via diferentes sistemas (micromanometro, sensor capacitivo de diafragma e microfone capacitivo) foi realizada, permitindo validar o modelo proposto. Conceitos de linhas de transmissão, fundamentados à luz da analogia elétrica, foram utilizados para explicar a origem dos erros sistemáticos, também reportados em outros trabalhos, e estabelecer uma base para modelagem via parâmetros distribuídos, permitindo estabelecer restrição para seleção do comprimento do tubo de conexão, que interliga o transdutor ao sistema de medição. Medições de velocidade média e de turbulência foram realizadas nos escoamentos perturbadas e não-perturbado pela técnica da anemometria de fio quente. Para algumas das situações investigadas, a excitação acústica induziu estímulos da ordem de 100 por cento nas flutuações de velocidade, decorrentes do acoplamento da turbulência e da onda perturbadora, relativamente ao escoamento não-perturbado, resultado que apresenta interesse em aplicações tecnológicas. Na busca dos efeitos introduzidos pela perturbação acústica no escoamento turbulento, foi estudada teórica e experimentalmente a mecânica da propagação da onda e os efeitos da dissipação viscosa na sua propagação.A theoretical and experimental study of acoustic pertubations interacting with a turbulent subsonic air flow inside a circular cross-section duct (length 3000 mm and diameter 50.8 mm) was performed. Sinusoidal acoustic perturbations are introduced in the flow at resonante frequencies of the pipe, namely 56 and 112 Hz. For the undisturbed flow, static pressure field was measured by means of standard techniques. Measurement of pressure field in the disturbed flow condition is a difficult task and requires more sophisticated methods. A concentrated parameter model based on system response was developed in order to study the response of a the pressure trasnducer under the non-linear point of view. As to estimate the influence of some parameters involved in the measurement, different types of transducers were used (micromanometer, capacitive sensor and a condenser michophone) to promote the intercomparison between available techniques and the esxperimental pressure a data obtained. The transmission line concepts, based upon the electrical analogy, were also used to explain the source of systematic errors present in the measuring technique. Technical recommendations, based on a distributed parameters modelling, are provided leading to restrictions of the length of the tube which connects the transducer to the wall pressure taps. Measurements of mean velocity and intensity of turbulence were made by means of a hot-wire anemometer. In some of the conditions investigated, in comparison with the undisturbed turbulent flow, acoustic perturbations indeced and increase of velocity fluctuations of the order of 100 per cent, due to the coupling of the turbulence and the excitation acoustic wave