A influência da condição de entrada senoidal na dinâmica de golfadas na simulação de escoamento horizontal gás-líquido

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Melo, Lucca Dalvi Vargas
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes)
Texto Completo: http://repositorio.ufes.br/handle/10/12301
Resumo: There is a latent demand for developing numerical studies regarding two-phase slug flows in several industrial sectors, such as steel and food industries, and well designs in the oil and gas industry. Among the main challenges in the numerical modeling of this regime, one can highlight the development of a boundary condition that can adequately describe the main characteristics of the slugs. In this work, experimental data was generated and compared to numerical simulations of gas-liquid flows were performed using a sinusoidal inlet boundary condition with different perturbation amplitudes and slip ratios. The performed numerical simulations evidenced a significant effect of the slip ratio on the characterization of the slugs. For the case with a slip ratio greater than one, there was an increase in the frequency of slugs with decreasing perturbation amplitudes. Moreover, volume fraction levels show significant adherence to experimental results. For the no-slip case, experimental slug frequencies are simulated within a 2% range, regardless of perturbation amplitude and axial position. Interestingly, we observe a strong dependence of the characteristics of the bubble on the axial position of analysis. Deviations of the mean bubble periods with respect to experimental results may achieve 20%, depending on the axial position and the perturbation amplitude. The results suggest a preferred longitunal region for analysis since deviations smaller than 5% were found, regardless of perturbation amplitude. These results emphasize the importance of carefully analyzing slug characteristics regarding axial position.
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spelling A influência da condição de entrada senoidal na dinâmica de golfadas na simulação de escoamento horizontal gás-líquidoSimulação NuméricaEscoamento de GolfadasCondição de ContornoAnálise TransienteEscoamento BifásicoPosição AxialEngenharia MecânicaThere is a latent demand for developing numerical studies regarding two-phase slug flows in several industrial sectors, such as steel and food industries, and well designs in the oil and gas industry. Among the main challenges in the numerical modeling of this regime, one can highlight the development of a boundary condition that can adequately describe the main characteristics of the slugs. In this work, experimental data was generated and compared to numerical simulations of gas-liquid flows were performed using a sinusoidal inlet boundary condition with different perturbation amplitudes and slip ratios. The performed numerical simulations evidenced a significant effect of the slip ratio on the characterization of the slugs. For the case with a slip ratio greater than one, there was an increase in the frequency of slugs with decreasing perturbation amplitudes. Moreover, volume fraction levels show significant adherence to experimental results. For the no-slip case, experimental slug frequencies are simulated within a 2% range, regardless of perturbation amplitude and axial position. Interestingly, we observe a strong dependence of the characteristics of the bubble on the axial position of analysis. Deviations of the mean bubble periods with respect to experimental results may achieve 20%, depending on the axial position and the perturbation amplitude. The results suggest a preferred longitunal region for analysis since deviations smaller than 5% were found, regardless of perturbation amplitude. These results emphasize the importance of carefully analyzing slug characteristics regarding axial position.Há uma demanda latente no desenvolvimento de estudos numéricos acerca de escoamentos bifásicos no regime de golfadas, em diversos setores industriais, tais como siderurgia, alimentício e, em especial, no setor de óleo e gás, no tocante a projetos de poços. Dentre os principais desafios na modelagem numérica desse regime, pode-se destacar o desenvolvimento de uma condição de contorno que seja capaz de descrever adequadamente as principais características das golfadas. No presente trabalho, dados experimentais foram gerados e comparados a simulações numéricas com uma condição de contorno de entrada de natureza senoidal, com diferentes amplitudes de perturbação e com imposição de velocidade com ou sem escorregamento das fases. As simulações numéricas performadas evidenciaram um efeito significativo do deslizamento das fases na caracterização das golfadas. Para o caso com escorregamento, houve um aumento da frequência de slugs com a imposição de menores amplitudes de perturbação. Além disso, observou-se uma expressiva aderência aos níveis de fração volumétrica experimental. Já para o caso sem deslizamento, foi encontrado um desvio máximo de 2% na frequência de golfadas, sem que fosse destacada uma variação com a amplitude ou posição axial. Além disso, foi observada uma região na qual os períodos médios da bolha estiveram com erros máximos de 5% do resultado experimental, no entanto, fora dessa região desvios de até 20% foram pronunciados. Dessa forma, uma forte dependência das características das golfadas com a posição axial foram evidenciadas, enfatizando a importância de uma análise mais criteriosa acerca dessa variável.Fundação Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Petróleo Brasileiro S A (Petrobras)Universidade Federal do Espírito SantoBRMestrado em Engenharia MecânicaCentro TecnológicoUFESPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaRamos, Rogériohttps://orcid.org/0000000344932435http://lattes.cnpq.br/2975022316691139http://lattes.cnpq.br/3183599723222934Nieckele, Angela OurivioSiqueira, Renato do Nascimentohttp://lattes.cnpq.br/9791817633014124Rodriguez, Oscar Mauricio HernandezMartins, Ramon SilvaMelo, Lucca Dalvi Vargas2024-05-29T20:55:08Z2024-05-29T20:55:08Z2023-08-23info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisTextapplication/pdfhttp://repositorio.ufes.br/handle/10/12301porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes)instname:Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)instacron:UFES2024-09-23T07:30:02Zoai:repositorio.ufes.br:10/12301Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufes.br/oai/requestopendoar:21082024-09-23T07:30:02Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes) - Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)false
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