Estudo numérico do escoamento monofásico como etapa do desenvolvimento de separador de fases de entrada axial

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Miranda, Moisés Bitencourt de
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFABC
Texto Completo: http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=122121
Resumo: Orientador: Prof. Dr. André Damiani Rocha
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spelling Estudo numérico do escoamento monofásico como etapa do desenvolvimento de separador de fases de entrada axialESCOAMENTO COM GIROHIDROCICLONE DE ENTRADA AXIALDINÂMICA DOS FLUIDOS COMPUTACIONALSWIRLING FLOWAXIAL HYDROCYCLONECOMPUTATIONAL FLUID DYNAMICSPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA - UFABCOrientador: Prof. Dr. André Damiani RochaDissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Santo André, 2021.O escoamento com giro está presente em muitas aplicações de engenharia e alguns exemplos são em turbomáquinas, câmaras de combustão e separadores ciclônicos. O foco da presente dissertação está relacionado com a área de aplicação de separadores ciclônicos. O desenvolvimento de separadores compactos, visando atender demandas da área de produção de óleo e gás é tema dessa dissertação de mestrado tendo por objetivo a construção de um modelo tridimensional de um separador hidrociclônico compacto de entrada axial. O separador consiste em um tubo de entrada, um dispositivo gerador de giro e um tubo de saída. Os tubos possuem diâmetros iguais e constantes, e o gerador de giro é estático e a deflexão do escoamento ocorre por palhetas (guias fixas). A partir dos modelos 3D, uma malha completamente hexaédrica foi construída no ICEM-CFD e as simulações foram realizadas no software CFD comercial Ansys® Fluent. Como primeira etapa do desenvolvimento do separador, o estudo foi realizado considerando o escoamento laminar, monofásico e isotérmico. O escoamento laminar foi escolhido para enfatizar aplicações onde há uma fase bastante dispersa na fase continua, como partículas de óleo na água de descarte, após a etapa de separação do petróleo obtido. O campo de velocidades (componentes axial e tangencial) e de pressão, intensidade e decaimento do giro e a distribuição de vorticidade foram obtidos numericamente. Os resultados mostraram que o modelo construído foi capaz de reproduzir os fenômenos físicos envolvidos no escoamento com giro em regime laminar e a alteração de comportamento permanente para transiente foi identificada entre número de Reynolds de 250 e 300. O domínio computacional com periodicidade reproduziu precisamente os resultados do domínio completo até o número de Reynolds igual à 50 e 100, onde permitiu uma redução significativa no tempo de simulação e pós processamento. Portanto, os principais objetivos deste trabalho foram alcançados e podem contribuir de maneira direta para uma continuidade no desenvolvimento do hidrociclone axial com base nos resultados obtidos.Swirling flow has been present in many engineering applications, i.e. turbomachines, combustion chambers and cyclones separators. The focus of this thesis is related to cyclone separators application. The development of compact separators, aiming to meet some demands in the oil and gas production is the subject of this thesis through a tridimensional model of compact axial cyclone. The separator consists on a swirling device placed internally in a tube. The tube has constant diameter, the swirling device is static where the flow is deflected by static vanes. From the 3D geometry, hexahedral meshes were generated, by using ICEM-CFD and the simulations were done using Ansys® Fluent. As the first step of separator development, the study considered the flow as laminar, monophasic, and isothermal. Laminar flow was chosen in order to highlight the applications where there is one phase very disperse in the continuous phase, i.e. oil droplets in disposal water, after oil separation. Velocity field (axial and tangential) and pressure, swirl intensity and decay and vorticity distribution were outputs from numeric calculations. Results highlighted that the model developed was able to reproduce physical phenomena intrinsic to swirling flow when laminar, beyond this it was identified that steady-state flow became unsteady between Re = 250 and 300. Furthermore, periodic domain with periodic boundary condition accurately reproduced the results until Reynolds number equal to 50 and 100 when compared to full domain. This condition allowed significant reduction on calculation time and postprocessing. Therefore, main objectives of this thesis were achieved and might contribute to the development of axial hydrocyclones based on the outputs of this thesis.Rocha, André DamianiTomazeti, Cristina AutuoriSaltara, FábioMiranda, Moisés Bitencourt de2021info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf104 f. : il.http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=122121http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=122121&midiaext=79228http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=122121&midiaext=79227Cover: http://biblioteca.ufabc.edu.br/php/capa.php?obra=122121porreponame:Repositório Institucional da UFABCinstname:Universidade Federal do ABC (UFABC)instacron:UFABCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2022-03-21T15:14:14Zoai:BDTD:122121Repositório InstitucionalPUBhttp://www.biblioteca.ufabc.edu.br/oai/oai.phpopendoar:2022-03-21T15:14:14Repositório Institucional da UFABC - Universidade Federal do ABC (UFABC)false
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