PHASE DOPPLER ANEMOMETRY
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PHASE DOPPLER ANEMOMETRY
Por:
Nuno Serra
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Principais Vantagens do Phase Doppler
• Medição Simultânea de Dimensão e
Velocidade de Partículas;
• Método não Intrusivo
• Simples Montagem
• Amplamente Estudado
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Principais Limitações do Phase Doppler
• Necessita de Partículas (quase) Perfeitamente Esféricas - Todas as Deduções dependem da Esfericidade das Partículas
• Ambiguidade de Fase
• Cuidados na Escolha do Ângulo de
Refracção de Luz
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Princípios de Funcionamento
2 Raios de LuzPropagação por Ondas Electromagnéticas
Desfasamento Igual a Zona Escura
Desfasamento Diferente de Zona Clara
Frinjas
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A Óptica do Processo
Difracção
Refracção >> Reflexão
Reflexão Domina
Refracção de 1ª Ordem
Luz Incidente
Reflexão
Refracção de 2ª Ordem
Refracção de 1ª Ordem
Refracção de 2ª Ordem
Refracção de 3ª Ordem
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A Óptica do Processo - Cont.
Espelho Convexo
Lupa
Modo Dominante: REFLEXÃO
Modo Dominante: REFRACÇÃO
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A Óptica do Processo - Cont.
EXEMPLOS
•Refracção Dominante - Forward Scatter
•Ex: Gotas em Gases
•Reflexão Dominante - Backscatter
•Ex: Bolhas de Gases em Líquidos e Partículas Sólidas
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Medição de Diâmetro
Sinal de Doppler
Imagem Refractada dos Espaçamento das
Frinjas, Srefr
Diâmetro de Gota, d
Espaçamento dos Foto-Detectores, s’
fR
)sin(2
fd
R
d
m
ms
)sin(2
4)1('2
Comp. Onda do Laser
Ângulo entre os Raios (5 a 8 º)
Índice de Refracção da Partícula
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Relação Diâmetro Desfasamento
Gota Pequena Grande Curvatura da “Lente”
Lupa Forte Grande Espaçamento entre Frinjas Projectadas
Pequeno Desfasamento Entre Foto-Detectores
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Relação Diâmetro Desfasamento
Gota Grande Pequena Curvatura da “Lente”
Lupa Fraca Pequeno Espaçamento entre Frinjas Projectadas
Maior Desfasamento Entre Foto-Detectores
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Perigos da Indefinição do Ângulo de “Refracção”
- Erros de Medição
- Perda de Linearidade na Relação Desfasamento vs Diâmetro
Desfasamento de Frinja Escura
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Consequências na Perda de Linearidade da Relação
Fase vs Diâmetro
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Estratégias para Eliminação das
Principais Limitações do Método Ambiguidade de Fase
O Que é?
Partícula Grande, com Tamanho tal que Excita Foto-Detector 2 com um Desfasamento de 2+
Comportamento Igual a Partícula Pequena que provoque um Desfasamento de
SOLUÇÃO...
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Estratégias para Eliminação das
Principais Limitações do Método Ambiguidade de Fase
3 FOTO-DETECTORES
Ex: Gota Grandet=t
Foto-Det A - 0
Foto-Det C - 1
= 2+t=0
Foto-Det A - 1
Foto-Det C - 0
= 0
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Estratégias para Eliminação das
Principais Limitações do Método Ambiguidade de Fase
t=0
Foto-Det A - 1
Foto-Det B - 0
Foto-Det C - 0
t=t
2
Foto-Det A - 0
Foto-Det B - 1
Foto-Det C - 1
t=t
1
Foto-Det A - 1
Foto-Det B - 1
Foto-Det C - 0
t =
t1 +t2
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Estratégias para Eliminação das
Principais Limitações do Método Ambiguidade de Fase
= 2+ Gota Pequena
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Estratégias para Eliminação das
Principais Limitações do Método Não Esfericidade da Partícula
Bolhas e Gotas
Tensões de Corte Grandes
Forma Elipsoidal
ERROS
Partículas Sólidas
Superfície Irregular
ERROS
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Estratégias para Eliminação das Principais Limitações do Método
Não Esfericidade da Partícula
SOLUÇÃO:
4 FOTO-DETECTORES
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Estratégias para Eliminação das Principais Limitações do Método
Não Esfericidade da Partícula
Se Diferença de Fase Entre C e D
Partícula Irregular
Frinjas Produzidas Por Partícula Esférica
Frinjas Produzidas Por Partícula Irregular
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Esquema de Montagem
Laser
V.C.
P.C. Conversor
Lente ConvergenteLente Divisora
Foto-detectores
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Principais Características
Ampla Gama de Medição de Velocidades
Até 300 m/s
Ampla Gama de Medição de Diâmetros
0.5 a 10.000 m
Altas Resoluções Temporais
0.6 s
Altas Densidades
106 cm3
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Aparência do “output” de Resultados
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PHASE DOPPLER ANEMOMETRY
Principais Aplicações
Indústria AutomóvelIndústria Aeronáutica
Estudo de Injectores e “Sprays”
Método de Visualização de Escoamentos
Adição de Partículas
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PHASE DOPPLER ANEMOMETRY
Bibliografia
D.F.G. Durão., M.V. Heitor, J.H. Whitelaw and P.O. Witze: “Combusting Flow Diagnostics”.
Sites: www.kenelec.com.auwww.tsi.comnctn.hq.nasa.govwww.photonics.comwww.jlb.caltech.eduwww.eng.warwick.ac.ukho.seas.ucla.edu
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FIM