Influência do fator de atrito com dependência da freqüência na simulação de transientes em oleodutos
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2007 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF) |
Texto Completo: | https://app.uff.br/riuff/handle/1/18304 |
Resumo: | Unsteady liquid flow in pipelines is usually described by using onedimensional models and, in a procedure referred to as quasi-steady approximation, friction losses are estimated by formulae derived for steady state flow conditions. The assumption is that the friction loss during transient flow conditions can be approximated by the friction loss obtained for steady flow, with an average velocity equal to the instantaneous transient velocity. However, during unsteady flow conditions the velocity profile can be considerably different from the steady flow. The shear stress at the pipe wall and the mean velocity are not in phase. Therefore, friction losses computed according to the quasi-steady approximation are inaccurate, especially in fast transients. To overcome this, the concept of frequency-dependent friction was proposed, including the time history of the mean flow velocity and acceleration, resulting in better correlation to experimental data. On-line and off-line transient simulations performed for liquid pipelines are traditionally carried out by employing the quasi-steady approximation. Therefore, questions arise as to the suitability of this simple friction model to some real world applications, such as the specification of surge relief valves and the performance of real-time transient model for leak detection and leak location systems. This work presents an investigation of situations in which the use of a frequency-dependent friction model could bring additional improvement for the petroleum and products pipeline simulation. To do so, through computer simulations, the predictions of both quasi-steady and unsteady friction models, for short and long lines, operating under a range of Reynolds numbers, are compared and the significance of the friction model is evaluated. |
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Influência do fator de atrito com dependência da freqüência na simulação de transientes em oleodutosEngenharia mecânicaOleodutoDutosTubulaçãoDinâmica dos fluidosTransientes hidráulicosCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICAUnsteady liquid flow in pipelines is usually described by using onedimensional models and, in a procedure referred to as quasi-steady approximation, friction losses are estimated by formulae derived for steady state flow conditions. The assumption is that the friction loss during transient flow conditions can be approximated by the friction loss obtained for steady flow, with an average velocity equal to the instantaneous transient velocity. However, during unsteady flow conditions the velocity profile can be considerably different from the steady flow. The shear stress at the pipe wall and the mean velocity are not in phase. Therefore, friction losses computed according to the quasi-steady approximation are inaccurate, especially in fast transients. To overcome this, the concept of frequency-dependent friction was proposed, including the time history of the mean flow velocity and acceleration, resulting in better correlation to experimental data. On-line and off-line transient simulations performed for liquid pipelines are traditionally carried out by employing the quasi-steady approximation. Therefore, questions arise as to the suitability of this simple friction model to some real world applications, such as the specification of surge relief valves and the performance of real-time transient model for leak detection and leak location systems. This work presents an investigation of situations in which the use of a frequency-dependent friction model could bring additional improvement for the petroleum and products pipeline simulation. To do so, through computer simulations, the predictions of both quasi-steady and unsteady friction models, for short and long lines, operating under a range of Reynolds numbers, are compared and the significance of the friction model is evaluated.Escoamentos transientes em oleodutos são usualmente descritos por modelos unidimensionais e, através de uma metodologia referida como aproximação quasi-permanente, a perda de carga é estimada por expressões derivadas para as condições do regime permanente. Este procedimento se baseia na hipótese de que a perda de carga durante o escoamento transiente pode ser aproximada pela perda de carga do regime permanente para uma velocidade média na tubulação igual à velocidade média transiente instantânea. Entretanto, nas condições de escoamento transiente o perfil de velocidades em uma seção da tubulação pode ser consideravelmente diferente do previsto para o escoamento permanente com a mesma velocidade média. A tensão cisalhante provocada pela ação do fluido sobre a parede da tubulação não se encontra em fase com a velocidade média do escoamento. Assim, as perdas por fricção calculadas segundo a aproximação quasi-permanente podem apresentar desvios significativos. Para dar conta disto, o conceito de fricção dependente da freqüência foi proposto, incluindo o desenvolvimento temporal da velocidade média, resultando em uma melhor correlação com os dados experimentais. Na indústria do petróleo a simulação em tempo-real e off-line dos oleodutos é tradicionalmente realizada utilizando a aproximação quasipermanente. Desse modo surge a questão da adequação sobre a aplicação de um modelo de fricção mais simples em alguns de casos do mundo real, como a especificação de válvulas de alívio e o desempenho de modelos transientes de tempo-real para detecção e localização de vazamentos. Este trabalho apresenta uma investigação sobre situações onde o uso do fator de atrito dependente da freqüência pode trazer melhoria para a simulação dos oleodutos. Para tal, através de simulações computacionais, as previsões do modelo de fricção quasi-permanente e do modelo dependente da freqüência são comparadas em linhas curtas e longas, para diferentes faixas do número de Reynolds, avaliando a significância do modelo de fricção para a prática da engenharia.Programa de Pós-graduação em Engenharia MecânicaEngenharia MecânicaRachid, Felipe Bastos de FreitasCPF:90879800322http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4788565J8Araujo, José Henrique Carneiro deCPF:00456431022http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4786712P8Gama, Rogério Martins Saldanha daCPF:23214524522http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4787598E6Tepedino, Alexandre Figueira2021-03-10T20:44:12Z2009-04-292021-03-10T20:44:12Z2007-03-30info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://app.uff.br/riuff/handle/1/18304porCC-BY-SAinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF)instname:Universidade Federal Fluminense (UFF)instacron:UFF2021-03-10T20:44:12Zoai:app.uff.br:1/18304Repositório InstitucionalPUBhttps://app.uff.br/oai/requestriuff@id.uff.bropendoar:21202024-08-19T11:03:32.766472Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF) - Universidade Federal Fluminense (UFF)false |
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