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Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
The turbulent mixing of coaxial confined jets is a complex dynamic process that is
applied in a large number of devices such as the engineering ejectors, pumps jet,
industrial burners, combustion chambers of jet engines, nuclear rockets gas, mixing
chambers of turbofans, afterburners, and so on. The study of the aerodynamic
performance of coaxial jets in different types of confinement also has a fundamental
interest because it involves the interaction of different turbulent flow phenomena, whose
details are not yet very well known quantitatively. The parameters that are involved in
the process of mixing and are primarily responsible for the complexity of the process
are both geometric or operational parameters such as: velocity, temperature or density
ratios, compressibility effects, levels of turbulence of jets, pressure gradient, interaction
between the walls and the jets or the ratio between the diameters of the mixing duct and
the internal jet nozzle. In the literature several studies report the influence of some
geometrical parameters and operating in the process of turbulent mixing.
Turbulent mixing of two parallel streams is affected by confinement, velocity ratio, and
turbulent intensity. The objective of this work is to study the effect of the initial levels
of turbulence of each coaxial jet in the process of turbulent mixing for diameter ratios
less than 2, which is the case of very low bypass turbofan engines. The use of
convenient turbulent intensity ratios between the inner and the outer flow should be a
most effective tool to control the turbulent mixing between the inner and outer flow (θ).
The aim of the present work is to study the effect of θ on the flow development and to
identify the associated regimes, and in particular the production of a flow reversal in the
central zone near the jets exit. To isolate the characteristic radial effects of a cylindrical
geometry a bi-dimensional configurations was adopted. The present results were
obtained for a velocity ratio, λ, of 2, and turbulent intensities of 30% the mean mass
flow velocity (Umean) that correspond to a ratio between the outer and inner jets of
θ=1.5. Prior to the measurements flow visualization was performed to give a qualitative
picture of the flow and to guide the choice of the measurement locations.
A mistura turbulenta de jactos coaxiais confinados é um complexo processo dinâmico com muitas aplicações práticas, como em ejectores, bombas a jacto, queimadores industriais, câmaras de combustão de motores a jacto, foguetes nucleares gasosos, câmaras de mistura, afterburners1, motores turbofan. Nestas últimas aplicações, o confinamento é também de interesse fundamental, porque envolve certos fenómenos de interacção de escoamentos turbulentos, cujos detalhes não estão ainda quantitativamente completamente entendidos. Os parâmetros que estão envolvidos no processo de mistura e que são os principais responsáveis pela complexidade do processo são ambos parâmetros geométricos ou parâmetros operacionais tais como: razões de velocidade, temperatura ou densidade, níveis de turbulência dos jactos, gradientes de pressão, interacção entre as paredes e os jactos ou a relação entre os diâmetros das condutas e mistura do jacto interno. Na literatura, existe alguns estudos que relatam a influência de alguns parâmetros geométricos e operacionais no processo de mistura turbulenta. A mistura turbulenta de dois jactos paralelos é afectada pelo confinamento, velocidade, e intensidade de turbulência. O objectivo deste trabalho é estudar o efeito dos níveis iniciais de turbulência de cada jacto coaxial no processo de mistura turbulenta com razões de diâmetro inferior a 2, que é o caso de motores turbofan de baixo bypass. A utilização de razões de intensidade de turbulência convenientes entre o jacto interior e o exterior deve ser um instrumento mais eficaz para controlar a mistura turbulenta entre o fluxo interior e o exterior (θ). O objectivo do presente trabalho é estudar o efeito de (θ) no desenvolvimento do jacto e identificar os regimes associados, em especial a produção de uma zona de recirculação na zona central perto da saída dos jactos. Para isolar os efeitos das características radiais cilíndricas, foi adoptado uma configuração de geometria bidimensional. Os resultados foram obtidos para uma razão de velocidades, λ, de 2,com intensidades de turbulência próxima dos 30% da velocidade média do fluxo mássico (Umean) que corresponde a uma razão de intensidades de turbulência de θ=1.5. Antes das medições de velocidades no escoamento, foi realizada a visualização para dar uma imagem qualitativa do escoamento para orientar a escolha dos locais de medição.
A mistura turbulenta de jactos coaxiais confinados é um complexo processo dinâmico com muitas aplicações práticas, como em ejectores, bombas a jacto, queimadores industriais, câmaras de combustão de motores a jacto, foguetes nucleares gasosos, câmaras de mistura, afterburners1, motores turbofan. Nestas últimas aplicações, o confinamento é também de interesse fundamental, porque envolve certos fenómenos de interacção de escoamentos turbulentos, cujos detalhes não estão ainda quantitativamente completamente entendidos. Os parâmetros que estão envolvidos no processo de mistura e que são os principais responsáveis pela complexidade do processo são ambos parâmetros geométricos ou parâmetros operacionais tais como: razões de velocidade, temperatura ou densidade, níveis de turbulência dos jactos, gradientes de pressão, interacção entre as paredes e os jactos ou a relação entre os diâmetros das condutas e mistura do jacto interno. Na literatura, existe alguns estudos que relatam a influência de alguns parâmetros geométricos e operacionais no processo de mistura turbulenta. A mistura turbulenta de dois jactos paralelos é afectada pelo confinamento, velocidade, e intensidade de turbulência. O objectivo deste trabalho é estudar o efeito dos níveis iniciais de turbulência de cada jacto coaxial no processo de mistura turbulenta com razões de diâmetro inferior a 2, que é o caso de motores turbofan de baixo bypass. A utilização de razões de intensidade de turbulência convenientes entre o jacto interior e o exterior deve ser um instrumento mais eficaz para controlar a mistura turbulenta entre o fluxo interior e o exterior (θ). O objectivo do presente trabalho é estudar o efeito de (θ) no desenvolvimento do jacto e identificar os regimes associados, em especial a produção de uma zona de recirculação na zona central perto da saída dos jactos. Para isolar os efeitos das características radiais cilíndricas, foi adoptado uma configuração de geometria bidimensional. Os resultados foram obtidos para uma razão de velocidades, λ, de 2,com intensidades de turbulência próxima dos 30% da velocidade média do fluxo mássico (Umean) que corresponde a uma razão de intensidades de turbulência de θ=1.5. Antes das medições de velocidades no escoamento, foi realizada a visualização para dar uma imagem qualitativa do escoamento para orientar a escolha dos locais de medição.