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PHASE DOPPLER ANEMOMETRY Por: Nuno Serra

PHASE DOPPLER ANEMOMETRY Por: Nuno Serra. Principais Vantagens do Phase Doppler Medição Simultânea de Dimensão e Velocidade de Partículas; Método não

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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

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FIM