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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/35757| Título: | Análise detalhada da influência da massa específica do gás no escoamento bifásico de líquido-gás utilizando uma célula de balanço |
| Título(s) alternativo(s): | A detailed analysis of the influence of the gas specific mass in a two-phase liquid-gas flow using a rockflow-cell |
| Autor(es): | Mattoso, Isabela |
| Orientador(es): | Morales, Rigoberto Eleazer Melgarejo |
| Palavras-chave: | Escoamento bifásico Fluidodinâmica computacional Métodos de simulação Two-phase flow Computational fluid dynamics Simulation methods |
| Data do documento: | 23-Jun-2023 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | MATTOSO, Isabela. Análise detalhada da influência da massa específica do gás no escoamento bifásico de líquido-gás utilizando uma célula de balanço. 2023. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2023. |
| Resumo: | Escoamentos líquido-gás estão presentes em diversos contextos e é de grande relevância seu estudo e caracterização para um melhor entendimento das interações entre as fases e os efeitos nos diferentes parâmetros de sistema, o que pode permitir um maior controle e otimização sobre os processos que os envolvem. Em situações de maiores pressões, são afetadas as propriedades dos fluidos, como viscosidade e massa específica, o que afeta diretamente o comportamento do escoamento. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo simular escoamentos bifásicos em uma célula de balanço, comparar os resultados obtidos com experimentos reais de uma célula de balanço existente no NUEM-UTFPR e avaliar o efeito da variação de pressão nesse tipo de escoamento. Em função da existência dos dados experimentais, a grade de simulações consistiu em variações dos parâmetros do sistema (pressão e velocidade de rotação da célula) de escoamentos de SF6 e um óleo mineral. As simulações numéricas foram realizadas utilizando o programa computacional comercial ANSYS-CFX e modelos computacionais para a simulação dos fenômenos como turbulência e tensão de cisalhamento. Após a conclusão das simulações numéricas, os resultados foram comparados com dados experimentais disponíveis na literatura. Essa comparação envolveu análises visuais das distribuições das fases líquida e gasosa, bem como a avaliação de parâmetros de interesse, como vetores de velocidade e turbulência, e permitiu uma validação dos resultados das simulações numéricas e uma verificação da precisão e acurácia do modelo utilizado. O efeito da variação de pressão no comportamento do escoamento bifásico foi investigado, com diferentes cenários de variação de pressão tendo sido simulados, permitindo analisar os impactos na distribuição das fases, na mistura entre elas e na ocorrência de turbulência. Essa análise proporcionou uma compreensão mais aprofundada dos mecanismos envolvidos no escoamento em questão e contribuiu para o conhecimento sobre a influência da pressão nesse tipo de sistema. A comparação com resultados experimentais demonstrou uma concordância satisfatória, validando o modelo e os parâmetros. Além disso, verificou-se que a variação da velocidade de rotação da célula exerce efeitos significativos nas características do escoamento bifásico, afetando a distribuição das fases, a mistura entre elas e a ocorrência de turbulência. |
| Abstract: | Liquid-gas flows are present in various contexts, and their study and characterization are of great relevance for a better understanding of the interactions between the phases and the effects on different system parameters, which can enable better control and optimization of the processes involving them. Under high-pressure conditions, the properties of fluids, such as viscosity and density, are affected, directly influencing the flow behavior. In this context, the present work aimed to simulate two-phase flows in a rockflow-cell, compare the obtained results with real experiments conducted on an existing rockflow-cell at NUEM-UTFPR, and evaluate the effect of pressure variation on this type of flow. Computational Fluid Dynamics (CFD) techniques were employed to perform numerical simulations of the two-phase flows. Due to the availability of experimental data, the simulation grid consisted of variations in system parameters (pressure and rotational speed of the cell) for SF6 and mineral oil flows. The numerical simulations were carried out using the commercial computational program ANSYSCFX, with computational models implemented to simulate phenomena such as turbulence and shear stress. After the completion of the numerical simulations, the results were compared with experimental data available in the literature. This comparison involved visual analyses of the distributions of the liquid and gas phases, as well as the evaluation of parameters of interest such as velocity vectors and turbulence, enabling the validation of the numerical simulation results and verification of the accuracy and precision of the employed model. The effect of pressure variation on the behavior of the two-phase flow was investigated, with different pressure variation scenarios being simulated to analyze the impacts on phase distribution, mixing, and turbulence occurrence. This analysis provided a deeper understanding of the mechanisms involved in the studied flow and contributed to the knowledge regarding the influence of pressure in this type of system. The comparison with experimental results demonstrated satisfactory agreement, validating the model and parameters. Additionally, it was observed that the variation in the rotational speed of the cell exerts significant effects on the characteristics of the two-phase flow, impacting phase distribution, mixing, and turbulence occurrence. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/35757 |
| Aparece nas coleções: | CT - Engenharia Mecânica |
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