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Título: Análise do escoamento em golfadas em um distribuidor líquido-gás
Título(s) alternativo(s): Analysis of a slug flow in a liquid­-gas distributor
Autor(es): Liston, Anna Carolina Zornitta
Santos, Murilo Henrique Almeida
Orientador(es): Melgarejo Morales, Rigoberto Eleazar
Palavras-chave: Escoamento bifásico
Poços de petróleo - Perfuração
Fluidodinâmica computacional
Simulação (Computadores)
Two-phase flow
Oil well drilling
Computational fluid dynamics
Computer simulation
Data do documento: 11-Mai-2021
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: LISTON, Anna Carolina Zornitta; SANTOS, Murilo Henrique Almeida. Análise do escoamento em golfadas em um distribuidor líquido-gás. 2021. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021.
Resumo: No presente trabalho é realizado um estudo sobre o escoamento bifásico líquido-gás no regime de golfadas (slug flow) em um distribuidor de escoamento utilizado em sistemas de separação de fases submarinos. A análise é importante por se tratar do padrão de escoamento frequente nas linhas de produção de petróleo em águas profundas. Para o desenvolvimento do presente estudo, foram realizadas simulações numéricas com o auxílio do programa de dinâmica dos fluidos computacional ANSYS® CFX®. A modelagem do escoamento é baseada no modelo de dois fluidos euleriano-euleriano, juntamente com o modelo de turbulência Shear Stress Transport (SST). Para a solução do sistema de equações que modelam o escoamento, o programa ANSYS® CFX® utiliza o Método de Volumes Finitos baseado em Elementos Finitos. Medidas experimentais existentes no Núcleo de Escoamento Multifásico (NUEM) da UTFPR foram utilizadas para a comparação e validação dos resultados obtidos numericamente. Com o desenvolvimento do presente estudo, busca-se aprimorar a metodologia numérica para entender o escoamento em golfadas no distribuidor bifásico líquido-gás existente no NUEM-UTFPR. A partir dos resultados numéricos obtidos, foram avaliados detalhes do escoamento no distribuidor, como por exemplo a fração de vazio, linhas de corrente, a espessura do filme em diferentes alturas na câmara ciclônica, parâmetros adimensionais como os número de Swirl, Reynolds e Froude, além de análise das eficiências da distribuição das vazões mássicas de líquido e de gás, as quais foram distribuídas equitativamente o escoamento nas quatro saídas, alcançando o objetivo proposto.
Abstract: In the present work is realized the liquid-gas two-phase flow study in the slug pattern in a flow distributor used in undersea phase separation systems. This analysis is important as it consider flow patterns that are frequently found in offshore petroleum production. For the development of the present study, numerical simulations through the fluid dynamics computational software ANSYS® CFX® were made. The flow model is based on the eulerian-eulerian two fluids model, together with the Shear Stress Transport (SST) turbulence model. For the solution of the system of equations governing the flow, the ANSYS® CFX® software utilizes the Element-based Finite Volume Method. Existent experimental measurements at Núcleo de Escoamento Multifásico (NUEM) were utilized for the comparison and validation of the numerical results obtained from the numerical simulations. The present development aims to enhance the methodology to predict the slug flow in the existent distributor at NUEM. From the numerical results obtained, details of the flow in the distributor were evaluated, for instance the void fraction, streamlines, the film thickness at different heights of the cyclonic chamber, dimensionless parameters such as the Swirl, the Reynolds and the Froude numbers, in addition to the analysis of the liquid and gas mass flow efficiency, which have distributed equally at the four outlets, reaching the proposed goal.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/35203
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