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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/2390| Título: | Simulação numérica do escoamento intermitente utilizando uma metodologia híbrida baseada no acoplamento dos modelos de captura de golfadas e de seguimento de pistões |
| Título(s) alternativo(s): | Numerical simulation of slug flow using a hybrid methodologu based on slug capturing and slug tracking models |
| Autor(es): | Almeida, Vinícius Rodrigues de |
| Orientador(es): | Morales, Rigoberto Eleazar Melgarejo |
| Palavras-chave: | Engenharia térmica Métodos de simulação Modelos matemáticos Mecânica dos fluidos Heat engineering Simulation methods Mathematical models Fluid mechanics |
| Data do documento: | 7-Jul-2017 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | ALMEIDA, Vinícius Rodrigues de. Simulação numérica do escoamento intermitente utilizando uma metodologia híbrida baseada no acoplamento dos modelos de captura de golfadas e de seguimento de pistões. 2017. 163 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2017. |
| Resumo: | O escoamento em golfadas consiste na passagem intermitente de pistões de líquido e bolhas alongadas, sendo comum nas linhas de produção de petróleo e na indústria nuclear. Muitas pesquisas têm sido feitas nessa área, e mesmo assim, o entendimento desse padrão de escoamento ainda não está completamente esclarecido na literatura. Existem algumas dificuldades na modelagem do fenômeno de formação das golfadas e influência da mudança de direção. Além disso, o regime intermitente em escoamento descendente e a transição para o regime estratificado têm sido pouco estudados. Em um trabalho recente, Conte (2014) utilizou um modelo Lagrangiano, baseado no modelo de dois fluidos para o caso unidimensional e isotérmico, para simular a iniciação das golfadas. A desvantagem é o custo computacional relativamente elevado. Outra metodologia para simular a evolução das golfadas, também Lagrangiana e unidimensional, é o modelo de seguimento de pistões de Rodrigues (2009). A mesma possui um baixo custo computacional, porém necessita que as propriedades do escoamento na entrada da tubulação sejam conhecidas. A finalidade deste trabalho é apresentar uma metodologia para o acoplamento dos modelos de captura de golfadas e de seguimento de pistões e implementar uma rotina computacional capaz de trabalhar com ambos os modelos simultaneamente. Será possível simular a iniciação das golfadas na entrada da tubulação, e acompanhar o desenvolvimento das mesmas a um custo computacional mais baixo. Para isso, utiliza-se o modelo de captura de golfadas para simular a formação dos pistões e os efeitos quando há mudança de direção na tubulação. Já o modelo de seguimento de pistões rastreia as células unitárias em trechos retos. A metodologia híbrida proposta neste trabalho se mostrou capaz de prever as principais variáveis do escoamento em qualquer posição da tubulação: comprimentos da bolha e do pistão, frequência das golfadas, pressão e fração de vazio na região da bolha. Uma boa concordância nos resultados foi observada, juntamente com um custo computacional inferior a 50% da metodologia híbrida em relação à de captura de golfadas. Pode-se também inicializar o programa com dados experimentais na entrada da tubulação utilizando o modelo de seguimento de pistões, e utilizar o modelo de captura de golfadas para avaliar a influência quando há mudança de direção de horizontal para descendente. Para esse segundo caso, os resultados foram comparados com dados experimentais, observando-se que a metodologia foi capaz de prever os casos em que há transição para o escoamento estratificado. |
| Abstract: | The slug flow consists of the intermittent repetition of liquid slugs and elongated bubbles, and it is a common flow regime in oil production and nuclear industry. Even though many studies have been conducted, the understanding of this flow pattern is not yet completely understood in the literature. There are some difficulties in modeling the phenomenon of slug initiation and influence of the change of direction. In addition, the intermittent downward flow and the transition to the stratified regime is not well understood. In a recent work, Conte (2014) used a Lagrangian model, based on the two-fluid model for the one-dimensional and isothermal case, to simulate the slug initiation. The disadvantage is the relatively high computational time. Another methodology to simulate the evolution of slugs, also Lagrangian and one-dimensional, is the Rodrigues (2009) slug tracking model. It has a low computational cost, but requires the properties of the flow at the inlet of the pipeline to be known. The purpose of this work is to present a methodology for the coupling of the slug capturing and slug tracking models and to implement a computational routine capable of working with both models simultaneously. It will be possible to simulate the slug initiation at the entrance of the pipeline, and to follow the development of the slugs at a lower computational cost. In order to do that, the slug capturing model is used to simulate the formation of the slugs and the effects when there is change of direction in the pipe. The slug tracking model tracks the unit cells in straight sections. The hybrid methodology proposed in this work was able to predict the main flow variables at any position in the pipeline: bubble and slug lengths, slug frequency, pressure and void fraction in the bubble region. A good agreement in the results was observed, along with a computational cost of less than 50% of the hybrid methodology in relation to a pure slug capturing. It is also possible to start-up the program with experimental data at the inlet of the pipeline using the slug tracking model, and to use the slug capturing to evaluate the influence when there is a change of direction from horizontal to descending. For this second case, the results were compared with experimental data, observing that the methodology was able to predict the cases in which there is transition to the stratified flow. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/2390 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais |
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