Abordagem algébrico-diferencial na simulação unidimensional do escoamento bifásico em dutos

• Autor(a) principal: Teixeira, Rodrigo Galvão D’Império
• Data de Publicação: 2016
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFRJ
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/11422/7423
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA; Engenharia Química; Escoamento bifásico; Equações algébrico-diferenciais

O escoamento simultâneo de uma fase líquida e outra fase vapor por canais, dutos e tubulações é encontrado com frequência na indústria química e de processos, com destaque para a produção e refino de petróleo, o transporte de gás natural e os reatores de energia nuclear. A simulação e o projeto destas unidades de processo exigem a solução numérica acurada e eficiente de modelos matemáticos igualmente precisos do escoamento bifásico. A pesquisa pela literatura relacionada revela que o problema de interesse vem sendo abordado por meio de simulações unidimensionais baseadas predominantemente nos Modelos de Dois Fluidos e Drift-Flux, embora ainda persista o uso de métodos que empregam a simplificação de escoamento homogêneo. Este trabalho propõe como alternativa à discretização em volumes finitos para posterior solução segregada iterativa, que as equações de balanço de massa, momentum e energia sejam resolvidas simultaneamente aos modelos constitutivos necessários por meio de métodos numéricos já consolidados para Sistemas de Equações Algébrico Diferenciais. A comparação desta estratégia com a prática atual baseada no método dos volumes finitos demonstrou a superioridade da proposta em termos de esforço computacional e acurácia dos resultados obtidos para o problema estacionário. A nova técnica foi utilizada na verificação do desempenho dos Modelos de Dois Fluidos, Drift-Flux e Homogêneo quanto à reprodutibilidade de medições experimentais. Os resultados mais acurados foram obtidos com o Modelo Drift-Flux, tornando-o uma opção ainda mais atraente para simulações de escoamentos bifásicos em face de seu equacionamento mais simples que o do Modelo de Dois Fluidos. Por fim, também foi demonstrado com discussões e resultados que a Abordagem Algébrico-Diferencial proposta é igualmente aplicável a simulações eficientes em estado transiente.