[en] ACOUSTIC PERTURBATIONS IMPOSED ON TURBULENT INTERNAL FLOWS: A THEORETICAL-EXPERIMENTAL STUDY IN A CIRCULAR PIPE - LUIS MANUEL DE MEXIA HEITOR DE MEDEIROS PORTELLA (2019)
[pt] Neste trabalho é apresentado um estudo teórico-experimental da propagação de perturbações acústicas num escoamento de ar, em regime turbulento e subsônico, no interior de um duto circular (comprimento 3000mm, diâmetro 50,8mm). Introduziram-se perturbações senoidais no escoamento, por intermédio de um alto-falante colocado na parede de uma câmara de estabilização, situada a montante do tubo de teste. Estudou-se a propagação da onda ao longo do escoamento e os efeitos da mesma nas distribuições de pressão, de velocidade e de intensidade de turbulência. Realizaram-se experimentos, em regime hidrodinâmico caracterizado por um número de Reynolds 70000, introduzindo perturbações acústicas no escoamento correspondentes à primeira e segunda frequências de ressonância do tubo, respectivamente, 56Hz e 112Hz (números de Strouhal 0,13 e 0,26). A 56Hz, a intensidade da perturbação acústica foi 3 por cento (valor eficaz da onda de velocidade, na frequência de perturbação, na entrada do tubo, normalizada na velocidade média na seção de entrada no centro do tubo); a 112Hz aplicaram-se duas intensidades de perturbação, 3 por cento e 18 por cento. Em várias posições ao longo do tubo, foram medidos, entre r/R=0 e r/R=0,96, os perfis transversais da velocidade média temporal, da intensidade da turbulência e do componente de onda. A distribuição de pressão foi medida por intermédio de tomadas de pressão posicionadas ao longo da parede do tubo. Foi estudada, teoricamente, a propagação da onda ao longo do tubo, considerando um modelo sem dissipação e, outro, com dissipação. Os resultados experimentais confirmaram as estimativas de dissipação baseadas no modelo, segundo as quais, nas condições do caso estudado (designadamente para a faixa de frequências de perturbação consideradas, e comprimento do tubo da ordem do comprimento de onda), a dissipação tem um efeito bastante moderado na propagação da onda. Nestas condições, grande parte dos aspectos do comportamento da onda é interpretada a partir do modelo sem dissipação, que mostrou boa concordância com os resultados experimentais. O modelo com dissipação permitiu interpretar alguns aspectos essencialmente ligados à dissipação, designadamente o comportamento da onda na vizinhança da ressonância e os perfis transversais da onda de velocidade, e interpretar as razões da validade aproximada, no caso estudado, no modelo sem dissipação. As diferenças entre o comportamento previsto pelos modelos apresentados e os resultados experimentais foram da ordem de grandeza dos erros de medida. Com base na análise efetuada, afigura-se que, para as condições estudadas, nem as estruturas de turbulência afetam significativamente a onda acústica, nem as perturbações acústicas impostas afetam significamente as características do escoamento turbulento (velocidade média temporal, intensidade de turbulência e distribuição de pressão estatística). Afigura-se, assim, que uma aproximação linear, baseada na técnica da superposição, usada nos modelos teóricos apresentados, é apropriada para descrever o escoamento turbulento resultante da aplicação da perturbação acústica.