Modelagem matemática e numérica para inicialização do escoamento em golfadas de gás-líquido

• Autor(a) principal: Conte, Marco Germano
• Data de Publicação: 2013
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/10307
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS; CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS; Escoamento bifásico; Dinâmica dos fluidos; Gás - Escoamento; Two-phase flow; Fluid dynamics; Gas flow

O escoamento bifásico em golfadas está presente em diversos processos industriais, entre eles a exploração e transporte do petróleo. Ele se caracteriza pelo escoamento de um pistão de líquido com grande quantidade de movimento seguido por uma bolha de gás compressível. A repetição destas estruturas ocorre de forma intermitente. Nas últimas décadas, surgiram alguns modelos para a simulação deste tipo de escoamento complexo, como os modelos Eulerianos de dois fluidos e drift flux, e Lagrangeano de seguimento de pistões (slug tracking). Este último se destacou por ser menos dispendioso computacionalmente e pela viabilidade da simulação de longas distâncias, pois não depende da malha. Porém, ele exige condições iniciais bem definidas na entrada da tubulação. Neste contexto, no presente trabalho, desenvolveu-se uma metodologia lagrangeana para monitorar e acompanhar o processo de iniciação do escoamento em golfadas para tubulações horizontais e levemente inclinadas de modo autônomo. Partindo-se do modelo de dois fluidos com aproximação unidimensional, as equações de conservação da massa e balanço de quantidade de movimento foram simplificadas, desacoplando-se o movimento gerado pela pressão dinâmica do gás sobre os pistões do movimento lento do líquido abaixo do gás. O sistema de equações resultante para o domínio de gás foi discretizado utilizando-se o método de diferenças finitas e resolvido através do algoritmo TDMA. O movimento do líquido sob as bolhas foi modelado de modo semelhante às equações de águas rasas (shallow water equations). Um programa computacional na linguagem Intel Visual Fortran foi desenvolvido para simular o processo de iniciação do escoamento em golfadas, a partir do escoamento estratificado líquido-gás. O crescimento das ondas na interface líquido-gás foi monitorado numericamente até o surgimento do pistão. Foram realizadas simulações numéricas, para diferentes condições de vazão de líquido-gás, com a finalidade de avaliar a capacidade do modelo de gerar pistões. Os resultados obtidos apresentaram coerência e com potencial para ser utilizado como uma ferramenta para a inicialização e simulação do escoamento em golfadas.