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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/40202| Título: | Simulação numérica do escoamento líquido-gás no padrão de golfadas em baixas razões de massa específica |
| Título(s) alternativo(s): | Numerical simulation of liquid-gas flow in the slug flow pattern at low density ratios |
| Autor(es): | Pereira, Gustavo |
| Orientador(es): | Melgarejo Morales, Rigoberto Eleazar |
| Palavras-chave: | Escoamento bifásico - Simulação por computador Fluidodinâmica computacional Gás - Escoamento Método dos elementos finitos Tubulação Two-phase flow - Computer simulation Computational fluid dynamics Gas flow Finite element method Piping |
| Data do documento: | 3-Fev-2026 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | PEREIRA, Gustavo. Simulação numérica do escoamento líquido-gás no padrão de golfadas em baixas razões de massa específica. 2026. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2026. |
| Resumo: | Este trabalho apresenta simulações numéricas tridimensionais do escoamento líquido-gás no padrão de golfadas em tubulações horizontais, utilizando fluidos com baixas razões de massa específica entre as fases. A metodologia para a obtenção do escoamento em golfadas se baseou na simulação de uma célula unitária de golfada estatisticamente desenvolvida, utilizando-se, para isso, a condição de contorno de periodicidade e condições iniciais com base na fração média de líquido da célula unitária. O estudo validou os resultados numéricos por meio da comparação quantitativa com dados experimentais do NUEM/UTFPR, analisando parâmetros como comprimento da bolha de gás, frequência das golfadas, velocidade de translação do pistão líquido e velocidades superficiais das fases. As simulações foram conduzidas no programa ANSYS® Fluent® utilizando o método dos volumes finitos. Adotou-se o Modelo Homogêneo para as equações de transporte, o algoritmo PLIC para reconstrução geométrica da interface e o modelo de turbulência k-ω SST. Além da análise quantitativa, realizou-se uma avaliação qualitativa dos fenômenos físicos, com base nos campos de distribuição de fases, velocidade e energia cinética turbulenta. Os resultados qualitativos mostraram que a metodologia empregada foi robusta para representar o fenômeno do escoamento para diferentes faixas de gradiente de pressão. No campo quantitativo, boa correlação foi obtida para o comprimento da bolha, com erros relativos em relação aos valores experimentais variando de -5,12% até 17,94%. Maiores erros relativos foram encontrados para as velocidades superficiais, que, por consequência, impactaram nos erros relativos obtidos para os demais parâmetros do escoamento em golfadas avaliados. |
| Abstract: | This work presents three-dimensional numerical simulations of liquid–gas flow in the slug flow pattern in horizontal pipelines, using fluids with low density ratios between the phases. The methodology for obtaining slug flow was based on the simulation of a statistically developed slug unit cell, using periodic boundary conditions and initial conditions defined from the average liquid fraction of the unit cell. The study validated the numerical results through quantitative comparison with experimental data from NUEM/UTFPR, analyzing parameters such as gas bubble length, slug frequency, liquid piston translational velocity, and superficial phase velocities. The simulations were conducted using the ANSYS® Fluent® software with the finite volume method. The Homogeneous Model was adopted for the transport equations, the PLIC algorithm for geometric reconstruction of the interface, and the k–ω SST turbulence model. In addition to the quantitative analysis, a qualitative evaluation of the physical phenomena was performed based on phase distribution fields, velocity fields, and turbulent kinetic energy fields. The qualitative results showed that the methodology employed was robust in representing the flow phenomenon for different pressure gradient ranges. In the quantitative analysis, good agreement was obtained for the bubble length, with relative errors compared to experimental values ranging from −5.12% to 17.94%. Larger relative errors were found for the superficial velocities, which consequently affected the relative errors obtained for the other evaluated slug flow parameters. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/40202 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais |
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