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dc.creatorSantana, Ana Luiza Beltrão-
dc.date.accessioned2025-01-02T15:00:22Z-
dc.date.available2025-01-02T15:00:22Z-
dc.date.issued2024-08-22-
dc.identifier.citationSANTANA, Ana Luiza Beltrão. Features of the liquid film in downward vertical air-water annular flow. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2024.pt_BR
dc.identifier.urihttp://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/35704-
dc.description.abstractThe two-phase gas-liquid annular flow pattern is characterized by a gaseous core flowing at high rates through the central region of a pipe and a thin, wavy liquid film wetting the pipe wall. The liquid film surface exhibits wave activity, with small amplitude waves known as ripples and large ones called disturbance waves. These structures form intermittent arrangements called unit waves, which repeat over time and define the liquid film thickness profile. Understanding and characterizing this flow is crucial for studying phase interactions, for developing theoretical models, and for improving existing ones. Additionally, such characterization informs equipment design, quality control and advancements in the remote monitoring process. While upward vertical annular flows have been extensively studied, research on downward vertical annular flows is relatively scarce. Many experiments use rigs with limited length-to-diameter ratios (L/D) and coaxial-type inlets that favor annular pattern formation. The type of phase inlet can significantly influence flow pattern structures and their evolution along the axial direction. In this context, experiments on downward vertical air-water annular flow were conducted in pipes with 26-mm and 50-mm Ids, 14-meters long each. The objective was to analyze and understand the main characteristics of the liquid film thickness, considering phase superficial velocities, pipe diameter, axial flow evolution, and phase inlet device type. Measurement tools included a non-intrusive conductance sensor, a wire-mesh sensor, and a high-speed camera. For each diameter, the downstream flow evolution was evaluated at two test sections, and 35 combinations of air and water superficial velocities ranging from 0 m/s to 20 m/s and from 0.05 m/s to 0.25 m/s, respectively, were examined. Analyses of the liquid film thickness time series provided quantitative features such as the average film thickness, liquid film roughness, velocity, frequency and geometrical characteristics of the disturbance waves. Individual identification of disturbance waves allowed the investigation of their velocity, frequency, distribution, and interaction. New correlations were proposed to estimate the unit wave parameters in downward vertical annular flow. These correlations, derived through data-driven methods, facilitated the generation of time series for the synthetic liquid film thickness. Comparative analyses between the experimental and synthetic data demonstrated satisfactory agreement, thence validating the proposed approach. Based on the measurements from the WMS, flow reconstructions were performed, confirming the analyses of the liquid film. Additionally, droplets flowing with the gas phase in thecentral region of the flow were identified.pt_BR
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)pt_BR
dc.languageengpt_BR
dc.publisherUniversidade Tecnológica Federal do Paranápt_BR
dc.rightsopenAccesspt_BR
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/pt_BR
dc.subjectEscoamento bifásicopt_BR
dc.subjectFilmes finospt_BR
dc.subjectTubulaçãopt_BR
dc.subjectInterfaces gás-líquidopt_BR
dc.subjectGotaspt_BR
dc.subjectNúmeros adimensionaispt_BR
dc.subjectTwo-phase flowpt_BR
dc.subjectThin filmspt_BR
dc.subjectPipingpt_BR
dc.subjectGas-liquid interfacespt_BR
dc.subjectDropspt_BR
dc.subjectDimensionless numberspt_BR
dc.titleFeatures of the liquid film in downward vertical air-water annular flowpt_BR
dc.title.alternativeCaracterização do filme de líquido em um escoamento vertical descendente ar-água no padrão anularpt_BR
dc.typedoctoralThesispt_BR
dc.description.resumoO escoamento bifásico de gás-líquido no padrão anular é caracterizado por um escoamento de altas vazões de gás na região central da tubulação, enquanto um filme fino de líquido escoa em contato com a parede da tubulação. A literatura apresenta uma extensa quantidade de trabalhos que estudaram o escoamento vertical ascendente no padrão anular e pouca atenção para a direção descendente. Em relação ao escoamento vertical descendente no padrão anular, os estudos utilizam aparatos experimentais com razões entre o comprimento e o diâmetro da tubulação (L/D) limitadas. Logo, devido a essa restrição, uma entrada do tipo coaxial, que favorece a formação do padrão anular, é frequentemente utilizada. É sabido que o tipo de entrada das fases pode afetar as características interfaciais das estruturas dos padrões de escoamento e também, pode influenciar a tendência de evolução do escoamento em relação à direção axial. Neste contexto, experimentos foram conduzidos, em um aparato com 14 m de comprimento, para analisar as principais características do escoamento vertical descendente de ar-água no padrão anular, em relação à influência do diâmetro interno da tubulação (26 mm e 50 mm), ao tipo de entrada da fase líquida (coaxial e cotovelo de 90ç) e à evolução do escoamento. As características do escoamento são avaliadas em duas seções de testes, sendo a primeira seção de teste, posicionada a 90D, e a segunda localizada a 335D em relação ao dispositivo de entrada das fases. Um sensor condutivo não intrusivo, um sensor de malha de eletrodos (WMS) e uma câmera de alta velocidade foram utilizados para avaliar o escoamento. Trinta e cinco combinações de velocidades superficiais de ar e água, variando entre 0 m/s até 20 m/s e 0,05 m/s até 0,25 m/s, respectivamente, foram investigadas. As análises das séries temporais do filme de líquido proporcionaram a extração de características como por exemplo, espessura média do filme, rugosidade do filme, velocidade e frequência das ondas de perturbação. Observou-se variação de todos os parâmetros do filme de líquido avaliados em relação à direção axial. Além disso, a entrada que não favorece o padrão anular, a entrada tipo cotovelo de 90ç, influencia o escoamento na seção de teste próxima a entrada das fases (90D), contudo, a 335D (ST2) os parâmetros do filme de líquido possuem o mesmo comportamento para os dois tipos de entrada das fases. Os resultados experimentais foram comparados com um modelo mecanicista utilizando um balaço de forças e com dados experimentais da literatura. A partir das medições com o WMS, foram feitas reconstruções do escoamento, as quais corroboraram com as análises do filme de líquido, e também foi possível identificar as gotas que escoam junto com a fase gasosa na região central do escoamento.pt_BR
dc.degree.localCuritibapt_BR
dc.publisher.localCuritibapt_BR
dc.creator.IDhttps://orcid.org/0000-0003-4968-5058pt_BR
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/2799423496747074pt_BR
dc.contributor.advisor1Morales, Rigoberto Eleazar Melgarejo-
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0003-3297-7361pt_BR
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5156573817670917pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Marcelino Neto, Moises Alves-
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2071333457212415pt_BR
dc.contributor.referee1Schneider, Fabio Alencar-
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0003-0318-3511pt_BR
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8102163369159451pt_BR
dc.contributor.referee2Barbosa Junior, Jader Riso-
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0002-8753-6670pt_BR
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/3831923954689523pt_BR
dc.contributor.referee3Alegre, José Antonio Andrés Velásquez-
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0003-1305-6567pt_BR
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/9795873015970798pt_BR
dc.contributor.referee4Portela, Luis Manuel de Mexia Heitor de Medeiros-
dc.contributor.referee5Morales, Rigoberto Eleazar Melgarejo-
dc.contributor.referee5IDhttps://orcid.org/0000-0003-3297-7361pt_BR
dc.contributor.referee5Latteshttp://lattes.cnpq.br/5156573817670917pt_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::FENOMENOS DE TRANSPORTEpt_BR
dc.subject.capesEngenharia Mecânicapt_BR
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