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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/24286| Título: | Estudo numérico e experimental do escoamento bifásico líquido-gás em célula de balanço |
| Título(s) alternativo(s): | Numerical and experimental study of a two-phase flow liquid-gas in a rocking cell |
| Autor(es): | Fabiane, Fernando Rocha |
| Orientador(es): | Santos, Paulo Henrique Dias dos |
| Palavras-chave: | Escoamento bifásico Dinâmica dos fluídos computacional Escoamento multifásico Modelos matemáticos Hidrodinâmica Métodos de simulação Two-phase flow Computational fluid dynamics Multiphase flow Mathematical models Hydrodynamics Simulation methods |
| Data do documento: | 15-Dez-2020 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | FABIANE, Fernando Rocha. Estudo numérico e experimental do escoamento bifásico líquido-gás em célula de balanço. 2020. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2020. |
| Resumo: | A indústria de óleo e gás enfrenta diversos problemas na extração e produção de petróleo, e para realizar estudos que auxiliem na resolução desses problemas, muitas vezes são utilizados longos circuitos de tubulações. Esses estudos são muitas vezes custosos e necessitam de grandes instalações para serem montados e conduzidos. Uma parte desses estudos vem sendo realizada em células de balanço, que surgiram como alternativa em relação a escoamentos bombeados, podendo ter dimensões reduzidas, conter altas pressões e ter um controle melhor da temperatura de maneira economicamente viável. Contudo, até o conhecimento do autor, ainda existem poucos estudos que descrevam o comportamento hidrodinâmico do escoamento dentro das células de balanço. Esse trabalho apresenta um estudo numérico (implementado no software aberto OpenFOAM utilizando o modelo multifásico VOF) e experimental (desenvolvido exclusivamente para a validação do modelo numérico) de um escoamento bifásico ar-água dentro de uma célula de balanço de 1,2 m de comprimento e 51,8 mm de diâmetro interno. A célula de balanço, em questão, permite alterar três principais fatores que geram o movimento dos fluidos: frequência de oscilação, razão de preenchimento e ângulo máximo de inclinação. Neste estudo foram utilizadas três frequências de oscilação definidas por valores pré- determinados pelos equipamentos: 0,925rad/s, 1,24rad/s e 1,55rad/s. A razão de preenchimento foi variada de 10% até 90% e a angulação máxima da célula foi fixada em 17,5°, ângulo que trouxe movimentos bem definidos das fases. As simulações numéricas foram validadas de forma satisfatória com experimentos. Os casos reproduzidos apresentaram escoamentos com características de escoamento estratificado e em golfadas. As análises foram realizadas no centro do tubo. As vazões dos fluidos na área de estudo se mostraram iguais entre as fases, apenas com sentidos diferentes, atingindo velocidades de até 2,5 m/s. O modelo numérico aqui desenvolvido e validado pode ser usado como ferramenta de estudo para auxiliar no entendimento dos fenômenos reais que envolvem escoamentos bifásicos em células de balanço. |
| Abstract: | The oil and gas industry faces several problems in the extraction and production of oil, and to carry out studies that assist in solving these problems, long piping circuits are often used. These studies are often costly and require large facilities to be set up and conducted. Part of these studies has been carried out in rocking cells, which have emerged as an alternative in relation to pumped flows, which may have reduced dimensions, contain high pressures and have better temperature control in an economically viable way. However, as far as the author is aware, there are still few studies that describe the hydrodynamic behavior of the flow within the rocking cells. This work presents a numerical study (implemented in the open software OpenFOAM using the multiphase model VOF) and experimental (developed exclusively for the validation of the numerical model) of a two-phase air-water flow inside a 1.2m long rocking cell and 51.8 mm internal diameter. The cell, in question, allows changing three main factors that generate the movement of fluids: oscillation frequency, fill ratio and maximum angle of inclination. In this study we used three oscillation frequencies defined by valleys predetermined by the equipment: 0.925rad / s, 1.24rad / s and 1.55rad / s. The filling ratio was varied from 10% to 90% and the maximum angulation of the cell was fixed at 17.5 °, an angle that brought well-defined phase movements. The numerical simulations were satisfactorily validated with experiments. The reproduced cases presented flows with stratified and slug flow characteristics. The analysis were performed in the center of the tube. Fluid flow rates in the study area were found to be the same between the phases, only with different directions, reaching velocities of up to 2.5 m/s. The numerical model developed and validated here can be used as a study tool to assist in the understanding of real phenomena that involve two-phase flows in rocking cells. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/24286 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais |
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