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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/27980| Título: | Caracterização experimental da evolução do escoamento líquido-gás em golfadas em uma tubulação vertical |
| Título(s) alternativo(s): | Experimental characterization of two-phase liquid-gas slug flow in vertical pipes |
| Autor(es): | Gmyterco, Alexandre Cunningham |
| Orientador(es): | Morales, Rigoberto Eleazar Melgarejo |
| Palavras-chave: | Escoamento bifásico Estatística - Análise Hidrodinâmica Bolhas (Física) Tubulação Two-phase flow Statistics - Analysis Hydrodynamics Bubbles Piping |
| Data do documento: | 31-Ago-2021 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | GMYTERCO, Alexandre Cunningham. Caracterização experimental da evolução do escoamento líquido-gás em golfadas em uma tubulação vertical. 2021. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021. |
| Resumo: | Ao longo do escoamento bifásico de líquido-gás podem ser observadas diversas distribuições geométricas das fases, conhecidas como padrões de escoamento. Um destes padrões é conhecido como escoamento em golfadas, caracterizado pela passagem intermitente de uma estrutura conhecida como célula unitária composta por uma bolha alongada e por um pistão de líquido. Devido ao caráter intermitente desse padrão de escoamento, é necessária uma análise detalhada, no espaço e no tempo, para descrever o seu comportamento. Nesse contexto, no presente trabalho foi desenvolvido um estudo experimental do escoamento em golfadas em uma tubulação vertical de 0,026 m de diâmetro e 14 m de comprimento. Os experimentos foram realizados para o escoamento de ar e água, com a velocidade superficial do ar variando de 0,2 a 1,5 m/s e a velocidade superficial da água variando de 0,2 a 1,5 m/s, em um total de dezoito (18) pontos experimentais. A detecção das fases foi realizada em cinco estações de medição, utilizadas para monitoramento das estruturas do escoamento em golfadas. Em quatro destas estações foram instalados sensores resistivos de dois fios e em uma estação foi instalado o sensor de malha de eletrodos (wire-mesh) junto a uma câmera de alta taxa de aquisição de imagens. A partir dos dados experimentais foi realizada uma análise fenomenológica sobre o comportamento do escoamento em golfadas em função dos parâmetros adimensionais de Froude e Reynolds. Analisou-se a evolução da distribuição estatística dos parâmetros característicos das golfadas através das funções densidade de probabilidade ao longo das cinco estações de medição. Foram propostas correlações empíricas para estimar os valores médios e os seus respectivos desvios padrões para a velocidade da bolha alongada, frequência, fração de vazio da célula unitária, fração de vazio do pistão de líquido e comprimentos da bolha alongada e do pistão de líquido. Os resultados obtidos no presente trabalho contribuem para o entendimento do comportamento do escoamento em golfadas em tubulações verticais, fornecem dados experimentais e correlações empíricas que podem ser utilizados na indústria ou na academia para o desenvolvimento e verificação de modelos matemáticos e numéricos. |
| Abstract: | Two-phase gas-liquid flow can assume different geometric configurations called flow patterns, one of these is the slug flow, characterized by the intermittency of a structure known as unit cell, which is composed by the Taylor bubble and the liquid slug. Due to the transient and intermittent behavior of the slug flow, a detailed analysis is necessary to describe its characteristics. In this study, an experimental characterization of the slug flow in a vertical pipe of 0.026 m diameter and 14 m long was developed. The experiments were carried out for air and water, with the gas superficial velocity ranging from 0.2 to 1.5 m/s and liquid superficial velocity ranging from 0.2 to 1.5 m/s, totalizing eighteen (18) experimental points. Phase detection was carried out in five measuring stations, used to monitor the structures of the slug flow, where two-wire resistive sensors were installed in four of them and in one station the electrode mesh sensor (wire-mesh) along with a camera of high acquisition of the flow were used. From the experimental data, a phenomenological analysis of the flow was developed as a function of the dimensionless parameters of Froude and Reynolds. The evolution of the statistical distribution of the characteristic parameters of the slug flow was analyzed through the probability density functions along the five measuring stations. Empirical correlations were proposed to estimate the mean and their respective standard deviation values for the bubble velocity, frequency, void fraction of the unit cell, void fraction of the liquid slug and bubble and liquid slug lengths. Thus, the results obtained in this work present information that contribute to the understanding of the slug flow behavior in vertical pipes, provide experimental data and empirical correlations that can be used in industry or academically for the development and verification of mathematical and numerical models. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/27980 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais |
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