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dc.creatorMachado, Vitor Otávio Ochoski-
dc.date.accessioned2026-04-07T20:03:43Z-
dc.date.available2026-04-07T20:03:43Z-
dc.date.issued2025-11-05-
dc.identifier.citationMACHADO, Vitor Otávio Ochoski. Study of the influence of hydrate-like particles on the stratified gas-liquid flow pattern. 2026. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2025.pt_BR
dc.identifier.urihttp://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/40034-
dc.description.abstractGas hydrates are solid, crystalline compounds formed at high pressures and low temperatures. Hydrates pose a significant threat to oil and gas operations because of their potential to agglomerate and cause pipe blockages. There are two main strategies for managing hydrates: the traditional hydrate avoidance approach, which prevents the conditions leading to hydrate formation, and hydrate management, which is the focus of the present work. Hydrate management allows hydrates to form while using anti-agglomerants that prevent their agglomeration. In this scenario, the hydrate particles are carried by the liquid phase, resulting in a hydrate slurry flow. Despite the importance of this topic, there is scarce literature on the impact of these particles on key flow parameters, including pressure drop, liquid holdup and overall flow topology. This study is meant to address these gaps, with a special focus on the stratified flow pattern. To achieve these goals, two experimental scenarios were explored: airwater-particle flow and air-oil-particle flow. These experiments used model polyethylene particles with a density similar to that of hydrates, in a 50-mm ID, 34-m-long test section flow loop. Four different particle concentrations were investigated: 0, 5, 10 and 20% v/v in the liquid phase. Key flow parameters such as the phase fraction in the pipeline and solid distribution within the liquid layer were obtained through image processing techniques. The pressure drop was measured with the use of differential pressure transducers. The results showed that, especially at low gas superficial velocities, the liquid layer velocities were often insufficient to guarantee a homogeneous particle distribution, leading to the formation of solid beds. The cross-sectional restriction caused by the accumulation of solids increased the velocity of the flowing layers, destabilizing the stratified configuration and triggering an early transition to intermittent flow. These changes in flow pattern significantly impacted the pressure drop of the system and phase fraction characteristics. In general, pressure losses increased considerably compared to the original system without particles, where stratified flow remained stable. Besides evaluating the effect of particles on flow topology and linking the behavior of key flow parameters to the hydrodynamics observed in the experiments, this work also proposes theoretical and empirical modeling. The theoretical modeling focused on the stratified flow configuration and demonstrated that, as long as the particle distribution within the liquid becomes more homogeneous, the effect of the particles on the modeling can be satisfactorily predicted by using mixture properties. In addition, the proposed empirical correlationsaccurately predicted the experimental data under stratified flow and in the intermittent flow regime induced by cross-section restrictions due to particle accumulation.pt_BR
dc.languageengpt_BR
dc.publisherUniversidade Tecnológica Federal do Paranápt_BR
dc.rightsopenAccesspt_BR
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/pt_BR
dc.subjectGás naturalpt_BR
dc.subjectHidratospt_BR
dc.subjectEscoamento multifásico - Experiênciaspt_BR
dc.subjectOleodutos de petróleopt_BR
dc.subjectDinâmica dos fluidospt_BR
dc.subjectEngenharia do petróleo - Equipamento e acessóriospt_BR
dc.subjectNatural gaspt_BR
dc.subjectHydratespt_BR
dc.subjectMultiphase flow - Experimentspt_BR
dc.subjectPetroleum pipelinespt_BR
dc.subjectFluid dynamicspt_BR
dc.subjectPetroleum engineering - Equipment and suppliespt_BR
dc.titleStudy of the influence of hydrate-like particles on the stratified gas-liquid flow patternpt_BR
dc.title.alternativeEstudo da influência de partículas com propriedades semelhantes às dos hidratos no padrão de escoamento gás-líquido estratificadopt_BR
dc.typedoctoralThesispt_BR
dc.description.resumoHidratos de gás são compostos sólidos formados em altas pressões e baixas temperaturas e que representam uma ameaça significativa à operação de óleo e gás, devido ao seu potencial de aglomeração e possíveis bloqueios da tubulação. Existem duas principais estratégias para lidar com os hidratos: a abordagem tradicional de prevenção da formação de hidratos, na qual evita-se que as condições em que se formam hidratos sejam atingidas e o gerenciamento de hidratos, que é o foco do presente trabalho. No gerenciamento de hidratos, permite-se a formação de hidratos enquanto anti-aglomerantes são utilizados para prevenir sua aglomeração. Nesse cenário, as partículas formadas são carregadas com a fase líquida na forma de uma “lama”. Apesar da importância deste tópico, as informações na literatura são escassas quanto ao impacto dessas partículas nos importantes parâmetros do escoamento tais como a queda de pressão, a fração de líquido e a topologia do escoamento. O presente estudo tem como objetivo preencher essas lacunas, focando especificamente no padrão de escoamento estratificado. Para tanto, experimentos foram conduzidos em dois cenários: escoamento ar-água-partículas e ar-óleo-partículas. Nestes experimentos utilizaram-se partículas modelo de polietileno com densidade próxima da dos hidratos em um circuito experimental com seção de teste de 34 m de comprimento e diâmetro interno de 50 mm. Quatro concentrações distintas de partícula foram investigadas: 0, 5, 10 e 20% v/v na fase líquida. Os parâmetros do escoamento, tais como a fração das fases e a distribuição dos sólidos na camada de líquido foram obtidos por meio de técnicas de processamento de imagem. A queda de pressão foi medida com transdutores de pressão diferenciais. Os resultados mostraram que, especialmente em baixas velocidades superficiais do gás, as velocidades da camada líquida eram frequentemente insuficientes para garantir uma distribuição homogênea das partículas, levando à formação de leitos sólidos. A restrição da seção transversal causada pelo acúmulo de sólidos aumentou a velocidade das camadas em escoamento, desestabilizando a configuração estratificada e desencadeando uma transição precoce para o escoamento intermitente. Essas mudanças nos padrões de escoamento impactaram significativamente a queda de pressão do sistema e as características da fração de fases. De modo geral, as perdas de pressão aumentaram consideravelmente em comparação com o sistema original sem partículas, no qual o escoamento estratificado permaneceu estável. Além de avaliar o efeito das partículas na topologia do escoamento e correlacionar o comportamento dos principais parâmetros de escoamento com a hidrodinâmica observada nos experimentos, este trabalho também propõe modelagens teórica e empírica. A modelagem teórica concentrou-se na configuração de escoamento estratificado e demonstrou que, à medida que a distribuição das partículas na fase líquida se aproxima da homogeneidade, o efeito das partículas na modelagem pode ser satisfatoriamente considerado por meio das propriedades da mistura. Além disso, as correlações empíricas propostas previram com precisão os dados experimentais, tanto na configuração de escoamento estratificado quanto no regime de escoamento intermitente induzido pelas restrições na seção transversal devido ao acúmulo de partículas.pt_BR
dc.degree.localCuritibapt_BR
dc.publisher.localCuritibapt_BR
dc.creator.IDhttps://orcid.org/0000-0003-2232-6629pt_BR
dc.creator.Latteshttps://lattes.cnpq.br/9410965461687176pt_BR
dc.contributor.advisor1Melgarejo Morales, Rigoberto Eleazar-
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0003-3297-7361pt_BR
dc.contributor.advisor1Latteshttps://lattes.cnpq.br/5156573817670917pt_BR
dc.contributor.referee1Sum, Amadeu Kun Wan-
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0003-1903-4537pt_BR
dc.contributor.referee1LattesNão possuipt_BR
dc.contributor.referee2Dufour, Annie Fidel-
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0009-0007-0064-581Xpt_BR
dc.contributor.referee2LattesNão possuipt_BR
dc.contributor.referee3Balakin, Boris-
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0003-0560-6098pt_BR
dc.contributor.referee3LattesNão possuipt_BR
dc.contributor.referee4Lavalle, Gianluca-
dc.contributor.referee4IDhttps://orcid.org/0000-0002-9866-5216pt_BR
dc.contributor.referee4LattesNão possuipt_BR
dc.contributor.referee5Marcelino Neto, Moisés Alves-
dc.contributor.referee5IDhttps://orcid.org/0000-0001-5492-6640pt_BR
dc.contributor.referee5Latteshttps://lattes.cnpq.br/2071333457212415pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiaispt_BR
dc.publisher.initialsUTFPRpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICApt_BR
dc.subject.capesEngenharia Mecânicapt_BR
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