phase doppler anemometry

PHASE DOPPLER ANEMOMETRY

Por:

Nuno Serra

Principais Vantagens do Phase Doppler

• Medição Simultânea de Dimensão e

Velocidade de Partículas;

• Método não Intrusivo

• Simples Montagem

• Amplamente Estudado

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

Princípios de Funcionamento

2 Raios de LuzPropagação por Ondas Electromagnéticas

Desfasamento Igual a Zona Escura

Desfasamento Diferente de Zona Clara

Frinjas

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

A Óptica do Processo - Cont.

Espelho Convexo

Lupa

Modo Dominante: REFLEXÃO

Modo Dominante: REFRACÇÃO

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

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

Relação Diâmetro Desfasamento

Gota Pequena Grande Curvatura da “Lente”

Lupa Forte Grande Espaçamento entre Frinjas Projectadas

Pequeno Desfasamento Entre Foto-Detectores

Relação Diâmetro Desfasamento

Gota Grande Pequena Curvatura da “Lente”

Lupa Fraca Pequeno Espaçamento entre Frinjas Projectadas

Maior Desfasamento Entre Foto-Detectores

Perigos da Indefinição do Ângulo de “Refracção”

- Erros de Medição

- Perda de Linearidade na Relação Desfasamento vs Diâmetro

Desfasamento de Frinja Escura

Consequências na Perda de Linearidade da Relação

Fase vs Diâmetro

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...

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

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

Estratégias para Eliminação das

Principais Limitações do Método Ambiguidade de Fase

= 2+ Gota Pequena

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

Estratégias para Eliminação das Principais Limitações do Método

Não Esfericidade da Partícula

SOLUÇÃO:

4 FOTO-DETECTORES

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

Esquema de Montagem

Laser

V.C.

P.C. Conversor

Lente ConvergenteLente Divisora

Foto-detectores

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

Aparência do “output” de Resultados

PHASE DOPPLER ANEMOMETRY

Principais Aplicações

Indústria AutomóvelIndústria Aeronáutica

Estudo de Injectores e “Sprays”

Método de Visualização de Escoamentos

Adição de Partículas

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

PHASE DOPPLER ANEMOMETRY

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FIM