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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4851| Título: | Estudo numérico e experimental do escoamento bifásico líquido-gás em um distribuidor |
| Título(s) alternativo(s): | Numerical and experimental study of a two-phase flow liquid-gas in a distribution system |
| Autor(es): | Rodrigues, Carolina Cimarelli |
| Orientador(es): | Santos, Paulo Henrique Dias dos |
| Palavras-chave: | Escoamento bifásico Indústria petrolífera Gás - Distribuição Gás - Escoamento Modelos Matemáticos Engenharia térmica Two-phase flow Petroleum, Industry and trade Gas distribution Gas flow Mathematical models Heat engineering |
| Data do documento: | 17-Dez-2019 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | RODRIGUES, Carolina Cimarelli. Estudo numérico e experimental do escoamento bifásico líquido-gás em um distribuidor. 2019. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2019. |
| Resumo: | Na indústria petrolífera são utilizados separadores bifásicos no processo de separação das fases, entretanto esses equipamentos (GLCC, VASPS, Pazflor, entre outros) têm grandes dimensões, dificultando o seu manuseio, instalação e manutenção. A dimensão desses separadores é proporcional à vazão que escoa por eles, logo uma alternativa para reduzir a geometria seria a implementação de um distribuidor prévio capaz de distribuir de forma equitativa as vazões que chegam no separador. Desta forma, neste trabalho foi estudada a dinâmica do escoamento bifásico líquido-gás vertical ascendente em um sistema de distribuição – composto por um condicionador, uma câmara ciclônica e quatro saídas – com auxílio de testes experimentais e simulações numéricas tridimensionais e transientes. Nos testes experimentais foram utilizados sensores wire-mesh e uma câmera de alta velocidade. As simulações numéricas foram realizadas no software comercial ANSYS–CFX 19.1 utilizando o método dos volumes finitos baseados em elementos finitos para discretizar o domínio. Para a modelagem numérica foi usado o modelo de dois fluidos euleriano-euleriano não homogêneo, com o modelo de turbulência SST e o esquema compressivo para a captura da interface líquido-gás. A grade de teste foi a mesma para os experimentos e para as simulações numéricas com a velocidade superficial de líquido variando de 0,5 até 1,5 m/s e a velocidade superficial de gás variando de 0,07 até 0,92 m/s. Para esses pares de velocidades foi avaliada a eficiência do sistema distribuição em questão para os padrões de escoamento com bolhas dispersas e de transição entre bolhas dispersas e golfadas. A partir dos resultados experimentais concluiu-se que o sistema de distribuição consegue dividir o escoamento equitativamente para o padrão de bolhas, capa esférica e transição para golfadas, com desvio máximo de 2,3% e mínimo de 0,43%. O modelo numérico desenvolvido reproduziu de forma satisfatória a física e a tendência do comportamento observado experimentalmente. |
| Abstract: | In the oil industry, two-phase separators are used in the phase separation process, however these separators (GLCC, VASPS, Pazflor, among others) have large dimensions, making their handling, installation and maintenance difficult. The size of these separators is proportional to the flow that flows through them, só an alternative to reduce the geometry would be the implementation of a previous distributor capable of equitably distributing the flows that arrive in the separator. Thus, in this work the dynamics of vertical upward liquid-gas two-phase flow in a distribution system is studied. This distribution system is composed of a condicionator, a cyclonic camera and four outlets – with the aid of experimental tests and three-dimensional transient numerical simulations. In the experimental tests were used wire-mesh sensors and a high-speed camera for the flow characterization. Numerical simulations were performed using the commercial software ANSYS – CFX R19.1. The balance equations were discretized using the finite volume based on finite elements method. For the numerical modeling was used the inhomogeneous eulerian-eulerian two-fluid model, with the SST turbulence model and the compressive scheme for capture the liquid-gas interface. The grid test was the same for the experiments and numerical simulations with the liquid surface velocity ranging from 0.5 to 1.5 m/s and the gas surface velocity ranging from 0.07 to 0.92 m/s. For these velocity pairs, the efficiency of the distribution system in question for the dispersed bubble flow pattern and the transition between dispersed and slug flow was evaluated. From the experimental results it was concluded that the distribution system can divide the flow evenly for the bubble pattern, spherical cap and transition to slug flow, with maximum deviation of 2.3% and minimum of 0.43%. The numerical model developed satisfactorily reproduced the physics and behavioral observed experimentally. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4851 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais |
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