Estudo numérico de escoamento multifásico através de tubulações

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Sulczinscki, Marcos Paulo Monteiro
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Monografias da UnB
Texto Completo: https://bdm.unb.br/handle/10483/28999
Resumo: Trabalho de Conclusão de Curso (graduação)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2020.
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spelling Sulczinscki, Marcos Paulo MonteiroOliveira, Taygoara Felamingo deSULCZINSCKI, Marcos Paulo Monteiro. Estudo numérico de escoamento multifásico através de tubulações. 2020. 70 f., il. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica)—Universidade de Brasília, Brasília, 2020.https://bdm.unb.br/handle/10483/28999Trabalho de Conclusão de Curso (graduação)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2020.O objetivo principal deste projeto foi desenvolver ferramentas numéricas para simular um escoamento multifásico entre duas placas planas paralelas, gerado pela ação de um campo de pressão uniforme. Esse tipo de escoamento é relevante em várias áreas do conhecimento incluindo o transporte de petróleo através de tubulações, escoamentos na indústria de processos químicos, na indústria farmacêutica e no estudo do escoamento de sangue, especialmente em vasos capilares. A metodologia numérica é uma combinação do método de diferenças finitas para a discretização espacial, método de projeção para a simulação das equações de Navier-Stokes em escoamentos incompressíveis e o método de Level Set para modelar a presença de gotas no escoamento. Os principais desafios enfrentados ao longo da pesquisa foram o desenvolvimento analítico e a implementação de condições de contorno adequadas para a simulação de um escoamento gerado pela ação de um campo de pressão, porém em domínios em que as seções de entrada e saída do fluido são periódicas e a criação de estruturas de dados que permitissem que gotas no escoamento sejam transportadas através da condição periódica. Essas duas funcionalidades combinadas permitem simular o escoamento multifásico entre placas paralelas ao longo de um trecho virtualmente tão longo quanto se queira (em razão da periodicidade das fronteiras), mas sem a necessidade de empregar domínios computacionais muito longos. Dessa forma, processos como migração de gotas e desenvolvimento de camadas limites de concentração, que podem acontecer ao longo de trechos de tubulação com comprimento mais de uma centena de vezes maior do que o espaçamento entre as placas, podem ser simulados em domínios em que o comprimento é igual (ou mesmo menor) do que dez vezes a distância entre as placas. Ao final do projeto, todos os objetivos inicialmente traçados foram atingidos e uma versão do código pronta para ser empregada na simulação de escoamentos multifásicos entre planas paralelas está disponível para o estudo de problemas como os mencionados anteriormente. Como ponto de partida, simulou-se o escoamento transiente em uma cavidade com fluxo conduzido pela tampa, conhecido como "Lid-Driven Cavity Flow", e comparou-se os resultados com outros encontrados na literatura, de modo a validá-los. Em seguida, adaptou-se a rotina a fim de transformar a cavidade em um canal onde o escoamento possui entrada e saída para, com a utilização de condições de contorno periódicas, simular o escoamento de Hagen-Poiseuille, um escoamento em tubulação fechada circular. Por conseguinte, foi implementado o módulo do escoamento multifásico às simulações utilizando o método Level Set, possibilitando a simulação de uma gota em cisalhamento simples, conhecido como "Simple-Shear". Por fim, foram aplicadas condições de contorno periódicas com o intuito de promover a transposição de gotas entre superfícies periódicas e permitir a análise do comportamento de gotas dispersas através de tubulações.Submitted by Jaedna Lins (jaednalins@bce.unb.br) on 2021-10-21T00:10:38Z No. of bitstreams: 1 2020_MarcosPauloMonteiroSulczinscki_tcc.pdf: 1639913 bytes, checksum: 0ac90f605f11e0516db0c9c5bd17390f (MD5)Approved for entry into archive by Luanna Maia (luanna@bce.unb.br) on 2021-10-21T13:51:21Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2020_MarcosPauloMonteiroSulczinscki_tcc.pdf: 1639913 bytes, checksum: 0ac90f605f11e0516db0c9c5bd17390f (MD5)Made available in DSpace on 2021-10-21T13:51:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2020_MarcosPauloMonteiroSulczinscki_tcc.pdf: 1639913 bytes, checksum: 0ac90f605f11e0516db0c9c5bd17390f (MD5)The main objective of this project was to develop numerical tools to simulate a multiphase flow between two parallel flat plates, generated by the action of a uniform pressure field. This type of flow is relevant in several areas of knowledge including the transportation of oil through pipes, flows in the chemical process industry, in the pharmaceutical industry and in the study of blood flow, especially in capillaries. The numerical methodology is a combination of the finite difference method for spatial discretization, a projection method for the simulation of Navier-Stokes equations in incompressible flows and the Level Set method for modeling the presence of drops in the flow. The main challenges faced during the research were the analytical development and the implementation of suitable boundary conditions for the simulation of a flow generated by the action of a pressure field, however in domains where the fluid inlet and outlet sections are periodic and the creation of data structures that would allow drops in the flow to be carried through the periodic condition. These two functionalities combined allow to simulate the multiphase flow between parallel plates along a stretch virtually as long as desired (due to the periodicity of the borders), but without the need to employ very long computational domains. In this way, processes such as migration of droplets and the development of concentration limit layers, which can occur along stretches of pipe more than a hundred times greater than the spacing between the plates, can be simulated in domains where length is equal (or even less) than ten times the distance between the plates. At the end of the project, all the objectives initially set were achieved and a version of the code ready to be used in the simulation of multiphase flows between parallel planes is available for the study of problems such as those mentioned above. As a starting point, the transient flow in a cavity with transient flow by the lid, known as "Lid-Driven Cavity Flow", was simulated, and the results were compared with others found in the literature, in order to validate. Then, adapt the routine in order to transform the cavity into a channel where the flow has inlet and outlet to, with the use of periodic boundary conditions, simulate the flow of Hagen-Poiseuille, a flow in closed circular pipe. Therefore, the module of the multiphase flow to the simulations was implemented using the Level Set method, allowing the simulation of a single shear drop, known as "Simple-Shear". Finally, periodic boundary conditions were applied to promote the transposition of droplets between the periodic surfaces and to allow the analysis of the behavior of dispersed droplets through pipes.A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor que autoriza a Biblioteca Digital da Produção Intelectual Discente da Universidade de Brasília (BDM) a disponibilizar o trabalho de conclusão de curso por meio do sítio bdm.unb.br, com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 International, que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho, desde que seja citado o autor e licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação desta.info:eu-repo/semantics/openAccessEscoamento (Engenharia)Método de diferenças finitasFluidosDinâmica dos fluidosEstudo numérico de escoamento multifásico através de tubulaçõesinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesis2021-10-21T13:51:21Z2021-10-21T13:51:21Z2020-12-09porreponame:Biblioteca Digital de Monografias da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNBLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain1817http://bdm.unb.br/xmlui/bitstream/10483/28999/2/license.txt21554873e56ad8ddc69c092699b98f95MD52ORIGINAL2020_MarcosPauloMonteiroSulczinscki_tcc.pdf2020_MarcosPauloMonteiroSulczinscki_tcc.pdfapplication/pdf1639913http://bdm.unb.br/xmlui/bitstream/10483/28999/1/2020_MarcosPauloMonteiroSulczinscki_tcc.pdf0ac90f605f11e0516db0c9c5bd17390fMD5110483/289992021-10-21 10:51:21.5oai:bdm.unb.br:10483/28999w4kgbmVjZXNzw6FyaW8gY29uY29yZGFyIGNvbSBhIGxpY2Vuw6dhIGRlIGRpc3RyaWJ1acOnw6NvIG7Do28tZXhjbHVzaXZhLAphbnRlcyBxdWUgbyBkb2N1bWVudG8gcG9zc2EgYXBhcmVjZXIgbmEgQmlibGlvdGVjYSBEaWdpdGFsIGRhIFByb2R1w6fDo28gCkRpc2NlbnRlIGRhIFVuaXZlcnNpZGFkZSBkZSBCcmFzw61saWEuIFBvciBmYXZvciwgbGVpYSBhCmxpY2Vuw6dhIGF0ZW50YW1lbnRlLiBDYXNvIG5lY2Vzc2l0ZSBkZSBhbGd1bSBlc2NsYXJlY2ltZW50byBlbnRyZSBlbQpjb250YXRvIGF0cmF2w6lzIGRlOiBiZG1AYmNlLnVuYi5iciBvdSAzMTA3LTI2ODcuCgpMSUNFTsOHQSBERSBESVNUUklCVUnDh8ODTyBOw4NPLUVYQ0xVU0lWQQoKQW8gYXNzaW5hciBlIGVudHJlZ2FyIGVzdGEgbGljZW7Dp2EsIG8vYSBTci4vU3JhLiAoYXV0b3Igb3UgZGV0ZW50b3IgZG9zCmRpcmVpdG9zIGRlIGF1dG9yKToKCmEpIENvbmNlZGUgw6AgVW5pdmVyc2lkYWRlIGRlIEJyYXPDrWxpYSBvIGRpcmVpdG8gbsOjby1leGNsdXNpdm8gZGUKcmVwcm9kdXppciwgY29udmVydGVyIChjb21vIGRlZmluaWRvIGFiYWl4byksIGNvbXVuaWNhciBlL291CmRpc3RyaWJ1aXIgbyBkb2N1bWVudG8gZW50cmVndWUgKGluY2x1aW5kbyBvIHJlc3Vtby9hYnN0cmFjdCkgZW0KZm9ybWF0byBkaWdpdGFsIG91IGltcHJlc3NvIGUgZW0gcXVhbHF1ZXIgbWVpby4KCmIpIERlY2xhcmEgcXVlIG8gZG9jdW1lbnRvIGVudHJlZ3VlIMOpIHNldSB0cmFiYWxobyBvcmlnaW5hbCwgZSBxdWUKZGV0w6ltIG8gZGlyZWl0byBkZSBjb25jZWRlciBvcyBkaXJlaXRvcyBjb250aWRvcyBuZXN0YSBsaWNlbsOnYS4gRGVjbGFyYQp0YW1iw6ltIHF1ZSBhIGVudHJlZ2EgZG8gZG9jdW1lbnRvIG7Do28gaW5mcmluZ2UsIHRhbnRvIHF1YW50byBsaGUgw6kKcG9zc8OtdmVsIHNhYmVyLCBvcyBkaXJlaXRvcyBkZSBxdWFscXVlciBvdXRyYSBwZXNzb2Egb3UgZW50aWRhZGUuCgpjKSBTZSBvIGRvY3VtZW50byBlbnRyZWd1ZSBjb250w6ltIG1hdGVyaWFsIGRvIHF1YWwgbsOjbyBkZXTDqW0gb3MKZGlyZWl0b3MgZGUgYXV0b3IsIGRlY2xhcmEgcXVlIG9idGV2ZSBhdXRvcml6YcOnw6NvIGRvIGRldGVudG9yIGRvcwpkaXJlaXRvcyBkZSBhdXRvciBwYXJhIGNvbmNlZGVyIMOgIFVuaXZlcnNpZGFkZSBkZSBCcmFzw61saWEgb3MgZGlyZWl0b3MKcmVxdWVyaWRvcyBwb3IgZXN0YSBsaWNlbsOnYSwgZSBxdWUgZXNzZSBtYXRlcmlhbCBjdWpvcyBkaXJlaXRvcyBzw6NvIGRlCnRlcmNlaXJvcyBlc3TDoSBjbGFyYW1lbnRlIGlkZW50aWZpY2FkbyBlIHJlY29uaGVjaWRvIG5vIHRleHRvIG91CmNvbnRlw7pkbyBkbyBkb2N1bWVudG8gZW50cmVndWUuCgpTZSBvIGRvY3VtZW50byBlbnRyZWd1ZSDDqSBiYXNlYWRvIGVtIHRyYWJhbGhvIGZpbmFuY2lhZG8gb3UgYXBvaWFkbwpwb3Igb3V0cmEgaW5zdGl0dWnDp8OjbyBxdWUgbsOjbyBhIFVuaXZlcnNpZGFkZSBkZSBCcmFzw61saWEsIGRlY2xhcmEgcXVlCmN1bXByaXUgcXVhaXNxdWVyIG9icmlnYcOnw7VlcyBleGlnaWRhcyBwZWxvIHJlc3BlY3Rpdm8gY29udHJhdG8gb3UKYWNvcmRvLgoKQSBVbml2ZXJzaWRhZGUgZGUgQnJhc8OtbGlhIGlkZW50aWZpY2Fyw6EgY2xhcmFtZW50ZSBvKHMpIHNldSAocykgbm9tZSAocykKY29tbyBvIChzKSBhdXRvciAoZXMpIG91IGRldGVudG9yIChlcykgZG9zIGRpcmVpdG9zIGRvIGRvY3VtZW50bwplbnRyZWd1ZSwgZSBuw6NvIGZhcsOhIHF1YWxxdWVyIGFsdGVyYcOnw6NvLCBwYXJhIGFsw6ltIGRhcyBwZXJtaXRpZGFzIHBvcgplc3RhIGxpY2Vuw6dhLgo=Biblioteca Digital de Monografiahttps://bdm.unb.br/PUBhttp://bdm.unb.br/oai/requestbdm@bce.unb.br||patricia@bce.unb.bropendoar:115712021-10-21T13:51:21Biblioteca Digital de Monografias da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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