Medições de Velocidade e Concentração de Jatos Turbulentos Flutuantes com Alta Fidelidade

Modelos precisos de fluxos turbulentos flutuantes são essenciais para o projeto do circuito de resfriamento de reatores nucleares e sistemas de segurança passiva. No entanto, os modelos disponíveis não conseguem capturar totalmente a física da mistura turbulenta quando a flutuabilidade se torna predominante em relação ao momento. Portanto, são necessários experimentos de alta fidelidade de fluxos fundamentais bem controlados para desenvolver e validar modelos mais precisos. Analisamos experimentos de jatos turbulentos flutuantes positivos e negativos, tanto em ambientes uniformes quanto estratificados, com o objetivo de entender a hidráulica térmica da mistura turbulenta com densidade variável e fornecer dados de alta fidelidade para o desenvolvimento e validação de modelos de turbulência. Medições não intrusivas de velocimetria de imagem de partículas e fluorescência induzida por laser foram realizadas para adquirir campos de velocidade e concentração instantâneos em uma seção vertical paralela ao eixo de um jato na região auto-similar. O método de correspondência do índice de refração foi aplicado para medir jatos flutuantes de alta resolução com até 8,6% de diferença de densidade. Esses dados estão livres dos erros típicos que caracterizam medições ópticas de fluxos induzidos por flutuabilidade (por exemplo, convecção natural e mista), onde o índice de refração do fluido é inhomogêneo em todo o domínio de medição. Estatísticas turbulentas e entrada de jatos flutuantes em ambientes uniformes e estratificados são apresentadas. Esses dados são comparados com jatos não flutuantes em um ambiente uniforme, como referência para investigar os efeitos da flutuabilidade e estratificação na mistura turbulenta. Os resultados serão utilizados para a avaliação dos modelos de turbulência atuais e como base para o desenvolvimento de um novo modelo que capture a mistura turbulenta.