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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/34500
Registro completo de metadados
Campo DC | Valor | Idioma |
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dc.creator | Ofuchi, Edgar Minoru | - |
dc.date.accessioned | 2024-08-16T20:12:53Z | - |
dc.date.available | 2024-08-16T20:12:53Z | - |
dc.date.issued | 2023-05-17 | - |
dc.identifier.citation | OFUCHI, Edgar Minoru. Investigation of single and two-phase flows in a radial centrifugal rotor through particle image velocimetry. 2024. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2023. | pt_BR |
dc.identifier.uri | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/34500 | - |
dc.description.abstract | Two-phase gas-liquid flows are commonly found in many industrial applications, e.g., chemical, nuclear, and oil industries. Several pieces of equipment handling two-phase flows show lower performance when compared to those under single-phase operation. Particularly, Electric Submersible Pumps (ESPs) can operate with gas-liquid flows during oil and gas production, representing an off-design condition that degrades their performance. Experimental studies have been performed to understand how the gas phase impairs the pump’s head, efficiency, and power consumption during two-phase flow operations. Visualization studies have also shown the gas phase behavior inside the pump channels, with the occurrence of different flow patterns that depend on the operating conditions. However, studies aiming at understanding how the gas phase affects the liquid flow field are scarce. In this context, this work employs Particle Image Velocimetry (PIV) to evaluate the liquid flow field in a radial centrifugal rotor operating with single and two-phase air-water flows. Different liquid and gas flow rates were tested, as well as different rotating speeds. Results for single-phase flow show that the rotor behaves according to kinematic similarity, and rotational periodicity between adjacent channels was observed, even at part-load operations. Analyses in different planes have shown that the velocity magnitude is higher near the hub than near the shroud, while turbulence intensities have the opposite behavior. This difference can be attributed to the flow direction change from the intake pipe to the rotor channels. Results for two-phase flow have shown that velocity reduces, whereas turbulent kinetic energy and turbulent shear stress increase for a small gas volume fraction. However, increasing the mean bubble diameter at the intake has reduced the turbulent kinetic energy. This effect could be due to energy absorption on the bubbles’ surface. Moreover, the velocity at the rotor inlet has increased by increasing the mean bubble diameter, possibly due to an area restriction caused by the bubbles. Furthermore, the turbulence has increased by increasing the liquid flow rate while keeping the gas flow rate fixed. The findings from this work have shed light on the gas-phase effect over the liquid flow field, especially on turbulence. Furthermore, the results herein presented can be used for numerical modeling validation, improving models such as turbulence enhancement or suppression caused by bubbles. | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) | pt_BR |
dc.language | eng | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Tecnológica Federal do Paraná | pt_BR |
dc.rights | openAccess | pt_BR |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ | pt_BR |
dc.subject | Bombas centrífugas | pt_BR |
dc.subject | Rotores | pt_BR |
dc.subject | Escoamento bifásico | pt_BR |
dc.subject | Escoamento monofásico | pt_BR |
dc.subject | Velocimetria de imagem de partículas | pt_BR |
dc.subject | Centrifugal pumps | pt_BR |
dc.subject | Rotors | pt_BR |
dc.subject | Two-phase flow | pt_BR |
dc.subject | Single-phase flow | pt_BR |
dc.subject | Particle image velocimetry | pt_BR |
dc.title | Investigation of single and two-phase flows in a radial centrifugal rotor through particle image velocimetry | pt_BR |
dc.title.alternative | Investigação do escoamento monofásico e bifásico em um rotor radial através da técnica de velocimetria por imagem de partículas | pt_BR |
dc.type | doctoralThesis | pt_BR |
dc.description.resumo | Escoamento bifásico líquido gás é comumente encontrado em diversas aplicações industriais, e.g., indústria química, nuclear e petrolífera. Diversos equipamentos trabalham com escoamento bifásico e estão sujeitas a uma degradação de desempenho quando comparado a operação com escoamento monofásico. Particularmente, Bombas Centrífugas Submersas (BCSs) podem operar com as fases líquida e gasosa na produção de óleo e gás. Essa é uma condição fora de projeto que reduz o desempenho da bomba centrífuga. Estudos experimentais foram desenvolvidos para entender como a fase gasosa prejudica o incremento de pressão, a eficiência e a potência da bomba centrífuga operando com escoamento bifásico. Além disso, estudos de visualização analisam o movimento do gás no interior dos canais da bomba centrífuga com escoamento bifásico. Porém, existem poucos estudos focados em entender como a fase gasosa atua sobre o campo de escoamento da fase líquida. Portanto, o presente trabalho avalia o campo de velocidades da fase líquida por meio da técnica PIV (Particle Image Velocimetry) em um rotor centrífugo radial operando com escoamento monofásico e bifásico. Diferentes vazões de líquido e gás foram testadas, bem como diferentes rotações. Os resultados monofásico mostraram que o rotor se comporta de acordo com a similaridade cinemática e também foi observado periodicidade rotacional, mesmo para baixa vazão. A análise em diferentes planos mostrou que a magnitude de velocidade é maior próximo do cubo do que próximo da coroa. Essa diferença pode ser atribuída à mudança de direção do escoamento do tubo de desenvolvimento para os canais do rotor. Resultados para escoamento bifásico mostraram que a velocidade reduz enquanto a energia cinética turbulenta e a tensão cisalhante de Reynolds aumentam para baixas frações volumétricas de gás. Entretanto, o aumento do diâmetro médio da bolha na entrada reduziu a energia cinética turbulenta. Tal efeito pode ter ocorrido devido à absorção de energia na interface da bolha. Além disso, a velocidade na entrada do rotor aumentou aumentando o diâmetro médio da bolha, o que pode ser devido a uma restrição de área causada pela bolha. Também, a turbulência da fase líquida aumentou com o aumento da vazão de líquido, a partir da vazão de máxima eficiência, enquanto a vazão de gás foi mantida constante. Os resultados deste trabalho trouxeram esclarecimentos sobre o efeito da fase gasosa sobre o campo de escoamento da fase líquida. Além disso, os resultados apresentados podem ser utilizados para validação de modelos numéricos, melhorando modelos como aumento e supressão de turbulência causada pelas bolhas. | pt_BR |
dc.degree.local | Curitiba | pt_BR |
dc.publisher.local | Curitiba | pt_BR |
dc.creator.ID | https://orcid.org/0009-0004-0084-3638 | pt_BR |
dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/8442504376858336 | pt_BR |
dc.contributor.advisor1 | Melgarejo Morales, Rigoberto Eleazar | - |
dc.contributor.advisor1ID | https://orcid.org/0000-0003-3297-7361 | pt_BR |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/5156573817670917 | pt_BR |
dc.contributor.advisor-co1 | Azevedo, Henrique Stel de | - |
dc.contributor.advisor-co1 | Mancilla, Ernesto | - |
dc.contributor.advisor-co1ID | https://orcid.org/0000-0003-3403-982X | pt_BR |
dc.contributor.advisor-co1ID | https://orcid.org/0000-0001-8215-6874 | pt_BR |
dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/4520319278466515 | pt_BR |
dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/9366440884823115 | pt_BR |
dc.contributor.referee1 | Paladino, Emilio Ernesto | - |
dc.contributor.referee1ID | https://orcid.org/0000-0001-5788-073X | pt_BR |
dc.contributor.referee1Lattes | http://lattes.cnpq.br/1379773445574323 | pt_BR |
dc.contributor.referee2 | Schneider, Fábio Alencar | - |
dc.contributor.referee2ID | https://orcid.org/0000-0003-0318-3511 | pt_BR |
dc.contributor.referee2Lattes | http://lattes.cnpq.br/8102163369159451 | pt_BR |
dc.contributor.referee3 | Marcelino Neto, Moisés Alves | - |
dc.contributor.referee3ID | https://orcid.org/0000-0001-5492-6640 | pt_BR |
dc.contributor.referee3Lattes | http://lattes.cnpq.br/2071333457212415 | pt_BR |
dc.contributor.referee4 | Melgarejo Morales, Rigoberto Eleazar | - |
dc.contributor.referee4ID | https://orcid.org/0000-0003-3297-7361 | pt_BR |
dc.contributor.referee4Lattes | http://lattes.cnpq.br/5156573817670917 | pt_BR |
dc.contributor.referee5 | Estevam, Valdir | - |
dc.contributor.referee5ID | https://orcid.org/0000-0001-9532-5796 | pt_BR |
dc.contributor.referee5Lattes | http://lattes.cnpq.br/9264004380006248 | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais | pt_BR |
dc.publisher.initials | UTFPR | pt_BR |
dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA | pt_BR |
dc.subject.capes | Engenharia Mecânica | pt_BR |
Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais |
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Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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