Análise do comportamento do fluido escoando através de dutos curvos em formato S com diferentes geometrias
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2017 |
Outros Autores: | |
Tipo de documento: | Trabalho de conclusão de curso |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF) |
Texto Completo: | https://app.uff.br/riuff/handle/1/2661 |
Resumo: | O mundo é extremamente dependente do transporte de fluidos, seja para escoar água para as casas, transferir calor ou mesmo para circular o nosso sangue. A forma mais comum de escoá-los nos processos industriais é por meio de dutos, que inúmeras vezes possuem curvas, seja por necessidade de dimensionamento espacial ou mesmo estrategicamente para otimizar transferência de calor. No entanto, nas indústrias de óleo&gás e energia estima-se que bilhões de dólares são gastos anualmente quando o fluido conduzido no interior dos dutos curvos possui partículas sólidas, devido aos efeitos negativos de corrosão e erosão. Esses gastos são acentuados porque o fluido sofre efeitos de forças centrífugas que geram um escoamento perpendicular ao escoamento principal, o que leva algumas partículas à parede do duto, intensificando os efeitos de erosão. O objetivo principal desse trabalho é entender a formação e o desenvolvimento desses escoamentos secundários no interior de dutos com formato S para auxiliar em futuros estudos do escoamento em artérias com formato S e à redução de erosão nos tubos utilizados na indústria de petróleo devido a produção oleosa de arenitos. As simulações foram realizadas no software COMSOL Multiphysics 5.1 usando módulo CFD para analisar a velocidade axial, os fluxos secundários e as vorticidades ao longo das curvas. Os parâmetros variados foram número de Reynolds, raio de curvatura e ângulo de curvatura. A validação foi executada no simulador a partir da reprodução do experimento realizado por Niazmand e Jaghargh (2010), em um duto de três dimensões em formato S, com ângulo de curvatura de 90°, raio de curvatura de 6,5D e número de Reynolds de 960. Uma atenção especial foi dada à escolha da malha e aos comprimentos de dos tubos de entrada e de saída da curvatura S a fim de minimizar os erros numéricos no domínio de interesse. Os resultados mostram que os efeitos do escoamento secundário são mais intensos quanto maiores os números de Reynolds e o ângulo de curvatura. Também é possível concluir que a intensidade é inversamente proporcional ao raio de curvatura |
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Análise do comportamento do fluido escoando através de dutos curvos em formato S com diferentes geometriasEscoamento secundárioJoelhoFormato SConfiguração SVorticidadeVórticesEscoamento de fluidosFluidodinâmica computacionalVórtice dos fluidosSecondary flowBendsS bendS configurationVorticityVorticesO mundo é extremamente dependente do transporte de fluidos, seja para escoar água para as casas, transferir calor ou mesmo para circular o nosso sangue. A forma mais comum de escoá-los nos processos industriais é por meio de dutos, que inúmeras vezes possuem curvas, seja por necessidade de dimensionamento espacial ou mesmo estrategicamente para otimizar transferência de calor. No entanto, nas indústrias de óleo&gás e energia estima-se que bilhões de dólares são gastos anualmente quando o fluido conduzido no interior dos dutos curvos possui partículas sólidas, devido aos efeitos negativos de corrosão e erosão. Esses gastos são acentuados porque o fluido sofre efeitos de forças centrífugas que geram um escoamento perpendicular ao escoamento principal, o que leva algumas partículas à parede do duto, intensificando os efeitos de erosão. O objetivo principal desse trabalho é entender a formação e o desenvolvimento desses escoamentos secundários no interior de dutos com formato S para auxiliar em futuros estudos do escoamento em artérias com formato S e à redução de erosão nos tubos utilizados na indústria de petróleo devido a produção oleosa de arenitos. As simulações foram realizadas no software COMSOL Multiphysics 5.1 usando módulo CFD para analisar a velocidade axial, os fluxos secundários e as vorticidades ao longo das curvas. Os parâmetros variados foram número de Reynolds, raio de curvatura e ângulo de curvatura. A validação foi executada no simulador a partir da reprodução do experimento realizado por Niazmand e Jaghargh (2010), em um duto de três dimensões em formato S, com ângulo de curvatura de 90°, raio de curvatura de 6,5D e número de Reynolds de 960. Uma atenção especial foi dada à escolha da malha e aos comprimentos de dos tubos de entrada e de saída da curvatura S a fim de minimizar os erros numéricos no domínio de interesse. Os resultados mostram que os efeitos do escoamento secundário são mais intensos quanto maiores os números de Reynolds e o ângulo de curvatura. Também é possível concluir que a intensidade é inversamente proporcional ao raio de curvaturaThe world is extremely dependent on the fluids transportation, whether to flow water into homes, transfer heat, or even circulate our blood. The most common way to make them flow in industrial processes is through pipes, which are often curved, either by spatial dimensioning or even strategically to optimize heat transfer. However, in the oil & gas and energy industries it is estimated that billions of dollars are spent annually when the fluid has solid particles and flows through curved pipes, due to the negative effects of corrosion and erosion. These expenses are accentuated because the fluid experience centrifugal forces effects, that generate a flow perpendicular to the main flow, which takes some particles to the wall of the duct, intensifying the effects of erosion. The main objective of this work is to understand the formation and development of these secondary flows inside S-shaped ducts to assist in future studies of the flow in S-shaped arteries and the reduction of erosion in the tubes used in the oil industry due to oily production of sandstones. The simulations were performed in the COMSOL Multiphysics 5.1 software using CFD module to analyze the axial velocity, secondary flows and vorticity along the bends. The parameters analyzed were Reynolds number, radius of curvature and angle of curvature. The validation was performed in the simulator from the reproduction of the experiment realized by Niazmand and Jaghargh (2010), in a duct of three dimensions in format S, with angle of curvature of 90°, radius of curvature of 6.5D and Reynolds number of 960. Close attention was given to the mesh and lengths of the inlet and outlet pipes of the bends to minimize numerical errors in the domain of interest. The results show that the effects of the secondary flow are more intense the greater the Reynolds numbers and the angle of curvature. It is also possible to conclude that the intensity is inversely proportional to the radius of curvatureMoreira, Roger MatsumotoVallejos Carrasco, Alfredo MoisésQueiroz Neto, João Crisósthomo deOliveira, Maria Fernanda DegenringLoures, Paulo Vitor Magalhães Vellozo2017-01-09T12:54:55Z2017-01-09T12:54:55Z2017info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisapplication/pdfhttps://app.uff.br/riuff/handle/1/2661CC-BY-SAinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF)instname:Universidade Federal Fluminense (UFF)instacron:UFF2022-07-01T13:51:08Zoai:app.uff.br:1/2661Repositório InstitucionalPUBhttps://app.uff.br/oai/requestriuff@id.uff.bropendoar:21202024-08-19T10:47:25.641193Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF) - Universidade Federal Fluminense (UFF)false |
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