Determinación del Gradiente de Velocidad en un Flujo Real por Medio de Técnicas Unidimensionales de Anemometría Láser Doppler

Los sistemas ópticos de anemometría Láser Doppler (LDA: Laser Doppler Anemometry)constituyen una alternativa no invasiva y de alta resolución para determinar la dinámica de fluidos. Estos sistemas permiten diseños que difícilmente pueden ser superados por otros anemómetros. Su principio de funcionamiento se basa en la detección de los cambios en la frecuencia de la luz esparcida, efecto Doppler, por las partículas del fluido iluminadas por una fuente de luz coherente. Los corrimientos de frecuencia son proporcionales a la velocidad de las partículas o del fluido, si se consideran partículas dispersoras de baja densidad y no son afectados por parámetros externos al fluido como la presión o la temperatura. En este trabajo, se presentan las medidas de los cambios en la frecuencia Doppler, entregadas por un sistema LDA unidimensional. Estos datos permitieron calcular las diferentes velocidades del líquido, a lo largo de la sección trasversal de un tubo circular, hallándose un aumento progresivo desde 0.05 cm.s-1, para posiciones cercanas a las paredes del tubo, hasta valores de 0.30 cm/s, para la posición central. Con estos datos se obtuvo un perfil o gradiente de velocidad parabólico, finalmente se muestra la dinámica del flujo real utilizado, forzado por acción gravitatoria.

Laser Doppler Anemometry optical systems (LDA) are very interesting solutions for non-invasive fluid dynamics' measurements. These optical systems allow a very precise and flexible anemometer design, which could not be achieved by any other anemometry system. Due to the measurement principle, depending on the scattered light Doppler shift, which is proportional to the source-detector's relative velocity, the rapidity of the in fluid contained scatter particles or the fluid velocity, by low scatters' density, can be determined. These measurements are not affected by the fluid external conditions, like pressure or temperature. In this work, the experimental measurements of Doppler shifts in a 1D-LDA system are presented. The velocity gradient across the section of a circular tube is calculated from the measurements, a parabolic velocity profile with velocities from 0.05 cm.s-1, at the tube boundary, up to 0.30 cm.s-1, at tube the central position is found. Finally, the dynamics of the real gravity forced fluid is presented.

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Resumen

Español Los sistemas ópticos de anemometría Láser Doppler (LDA: Laser Doppler Anemometry)constituyen una alternativa no invasiva y de alta resolución para determinar la dinámica de fluidos. Estos sistemas permiten diseños que difícilmente pueden ser superados por otros anemómetros. Su principio de funcionamiento se basa en la detección de los cambios en la frecuencia de la luz esparcida, efecto Doppler, por las partículas del fluido iluminadas por una fuente de luz coherente. Los corrimientos de frecuencia son proporcionales a la velocidad de las partículas o del fluido, si se consideran partículas dispersoras de baja densidad y no son afectados por parámetros externos al fluido como la presión o la temperatura. En este trabajo, se presentan las medidas de los cambios en la frecuencia Doppler, entregadas por un sistema LDA unidimensional. Estos datos permitieron calcular las diferentes velocidades del líquido, a lo largo de la sección trasversal de un tubo circular, hallándose un aumento progresivo desde 0.05 cm.s-1, para posiciones cercanas a las paredes del tubo, hasta valores de 0.30 cm/s, para la posición central. Con estos datos se obtuvo un perfil o gradiente de velocidad parabólico, finalmente se muestra la dinámica del flujo real utilizado, forzado por acción gravitatoria.

Inglés Laser Doppler Anemometry optical systems (LDA) are very interesting solutions for non-invasive fluid dynamics' measurements. These optical systems allow a very precise and flexible anemometer design, which could not be achieved by any other anemometry system. Due to the measurement principle, depending on the scattered light Doppler shift, which is proportional to the source-detector's relative velocity, the rapidity of the in fluid contained scatter particles or the fluid velocity, by low scatters' density, can be determined. These measurements are not affected by the fluid external conditions, like pressure or temperature. In this work, the experimental measurements of Doppler shifts in a 1D-LDA system are presented. The velocity gradient across the section of a circular tube is calculated from the measurements, a parabolic velocity profile with velocities from 0.05 cm.s-1, at the tube boundary, up to 0.30 cm.s-1, at tube the central position is found. Finally, the dynamics of the real gravity forced fluid is presented.