Visualização de fluxo - Flow visualization

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Um modelo Cessna com bolhas cheias de hélio mostrando as linhas de caminho dos vórtices nas pontas das asas .

A visualização de fluxo ou visualização de fluxo em dinâmica de fluidos é usada para tornar os padrões de fluxo visíveis, a fim de obter informações qualitativas ou quantitativas sobre eles.

Visão geral

A visualização de fluxo é a arte de tornar os padrões de fluxo visíveis. A maioria dos fluidos (ar, água, etc.) são transparentes , portanto, seus padrões de fluxo são invisíveis a olho nu, sem métodos para torná-los visíveis.

Historicamente, tais métodos incluíam métodos experimentais. Com o desenvolvimento de modelos de computador e processos de simulação de fluxo CFD (por exemplo, a distribuição de ar condicionado em um carro novo), métodos puramente computacionais foram desenvolvidos.

Métodos de visualização

Gráfico de
sombra da nuvem turbulenta de ar quente subindo de uma churrasqueira a gás caseira. Fotografia: Gary S. Settles, Floviz Inc.

Na dinâmica de fluidos experimental , os fluxos são visualizados por três métodos:

  • Visualização do fluxo de superfície: isso revela as linhas de fluxo no limite conforme uma superfície sólida é abordada. O óleo colorido aplicado à superfície de um modelo de túnel de vento fornece um exemplo (o óleo responde à tensão de cisalhamento da superfície e forma um padrão).
  • Métodos de rastreamento de partículas: Partículas, como fumaça ou microesferas , podem ser adicionadas a um fluxo para rastrear o movimento do fluido. Podemos iluminar as partículas com uma folha de luz laser para visualizar uma fatia de um complicado padrão de fluxo de fluido. Assumindo que as partículas seguem fielmente as linhas de fluxo do fluxo, podemos não apenas visualizar o fluxo, mas também medir sua velocidade usando os métodos de velocimetria de imagem de partícula ou velocimetria de rastreamento de partícula . Partículas com densidades que correspondem às do fluxo de fluido exibirão a visualização mais precisa.
  • Métodos ópticos: alguns fluxos revelam seus padrões por meio de mudanças em seu índice de refração óptico . Eles são visualizados por métodos ópticos conhecidos como shadowgraph , fotografia de Schlieren e interferometria . Mais diretamente, os corantes podem ser adicionados aos fluxos (geralmente líquidos) para medir as concentrações; normalmente empregando a atenuação de luz ou técnicas de fluorescência induzida por laser .

Na visualização científica, os fluxos são visualizados com dois métodos principais:

  • Métodos analíticos que analisam um determinado fluxo e mostram propriedades como linhas de fluxo, linhas de linha e linhas de caminho . O fluxo pode ser dado em uma representação finita ou como uma função suave.
  • Métodos de advecção de textura que "dobram" texturas (ou imagens) de acordo com o fluxo. Como a imagem é sempre finita (o fluxo pode ser dado como uma função suave), esses métodos irão visualizar aproximações do fluxo real.

Inscrição

Na dinâmica de fluidos computacional, a solução numérica das equações governantes pode render todas as propriedades do fluido no espaço e no tempo. Essa enorme quantidade de informações deve ser exibida de uma forma significativa. Assim, a visualização do fluxo é tão importante na dinâmica computacional quanto na experimental.

Veja também

Referências

  • Merzkirch, W. (1987). Visualização de fluxo . Nova York: Academic Press. ISBN   0-12-491351-2 .
  • Van Dyke, M. (1982). Um álbum de movimento fluido . Stanford, CA: Parabolic Press. ISBN   0-915760-03-7 .
  • Samimy, M .; Breuer, KS; Leal, LG; Steen, PH (2004). Uma galeria de movimento fluido . Cambridge University Press. ISBN   0-521-82773-6 .
  • Settles, GS (2001). Técnicas de Schlieren e de shadowgraph: Visualizando fenômenos em mídia transparente . Berlim: Springer-Verlag. ISBN   3-540-66155-7 .
  • Smits, AJ; Lim, TT (2000). Visualização de fluxo: técnicas e exemplos . Imperial College Press. ISBN   1-86094-193-1 .

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