Implementação de um modelo unidimensional para o escoamento bifásico líquido-gás em dutos com transferência de massa interfacial

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Hissanaga, Adriano Martins
Data de Publicação: 2017
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/188970
Resumo: Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2017.
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spelling Implementação de um modelo unidimensional para o escoamento bifásico líquido-gás em dutos com transferência de massa interfacialEngenharia mecânicaEscoamento multifásicoDissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2017.Este trabalho objetiva a implementação de um modelo unidimensionalpara escoamentos multifásicos em dutos, com foco no padrão de golfadas(slug), incluindo o fenômeno de transferência de massa interfacialem sistemas multicomponentes. O modelo é baseado no Métododos Volumes Finitos aplicado ao Modelo de Dois-Fluidos na sua formaunidimensional. Foram implementados esquemas de alta ordem paraos termos advectivos (TVD) e formulações temporais implícitas (Euler eCrank-Nicolson). Omodelo desenvolvido foi validado a partir de diversassoluções benchmark disponíveis na literatura, com diferentes graus decomplexidade, a fim de validar a implementação numérica do mesmo.O modelo foi posteriormente aplicado ao escoamento bifásico líquidogásdisperso em uma coluna de bolhas, que foi o único caso encontradona literatura apresentando resultados experimentais e incluindo o fenômenode transferência de massa interfacial. Neste caso, o modelo apresentouótima concordância com os resultados presentes na literatura. Finalmente,foram implementados os modelos de fechamento necessáriospara a análise da formação e propagação de golfadas em dutos horizontais,onde modelo foi também validado para escoamento neste padrão,sem incluir a transferência de massa interfacial. Posteriormente, o modelofoi utilizado para verificar a influência da transferência de massainterfacial sobre parâmetros importantes do escoamento neste padrão,como a frequência e velocidade de propagação das golfadas, em um sistemaágua-CO2-ar. Verificou-se que para as taxas de transferência interfacialobservadas neste sistema, este fenômeno não tem influência significativanos parâmetros de frequência e velocidade de propagação dasgolfadas. No entanto, os resultado apontam que, em sistemas com maiortaxa de transferência de massa interfacial como em hidrocarbonetos comcomponentes-chave leves, a transferência de massa interfacial poderiaafetar de forma mais significativa a estrutura do escoamento em padrãode golfadas.Abstract : This work aims at the implementation of a one-dimensional model formultiphase flows in ducts, focusing on the slug flowregime, including theinterfacial mass transfer phenomena in multicomponent systems. Themodel is based on the Finite Volume Method applied to the Two-FluidModel in its one-dimensional form. High-order schemes for the advectiveterms (TVD) and implicit temporal formulations (Euler and Crank-Nicolson) were implemented. The developed model was validated fromseveral benchmark solutions available in the literature, with different degreesof complexity, in order to validate the numerical implementation.The model was later applied to the two-phase liquid-gas flow in a bubblecolumn, which was the only case found in the literature presenting experimentalresults and including the interfacial mass transfer phenomena. Inthis case, the model presented excellent agreement with the preset resultsin the literature. Finally, the closure models needed to analyze the formationand propagation of slugs in horizontal ducts were implemented,where the model was also validated for the slug flowregime, not includinginterfacial mass transfer. Later, the model was used to verify the influenceof the interfacial mass transfer on important flow parameters in this regime,such as the frequency and velocity of the slugs, in a water-CO2-airsystem. It was verified that for the interfacial transfer rates observed inthis system, this phenomena does not have significant influence on theparameters of frequency and velocity of the slugs. However, the resultsindicate that, in systems with higher interfacial mass transfer rate such ashydrocarbons with light components, the interfacial mass transfer couldaffect more significantly the structure in the slug flow regime.Paladino, Emilio ErnestoUniversidade Federal de Santa CatarinaHissanaga, Adriano Martins2018-08-13T04:02:41Z2018-08-13T04:02:41Z2017info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis139 p.| il., gráfs., tabs.application/pdf353534https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/188970porreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2018-08-13T04:02:41Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/188970Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732018-08-13T04:02:41Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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