Estudo do escoamento turbulento em dutos corrugados com cavidade helicoidal

• Autor(a) principal: Rosa, Phillipe Mendes
• Data de Publicação: 2014
• Tipo de documento: Dissertação
• 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/1/1141
• topic: Escoamento - Modelos matemáticos; Turbulência; Atrito; Análise numérica; Métodos de simulação; Engenharia mecânica; Runoff - Mathematical models; Turbulence; Friction; Numerical analysis; Simulation methods; Mechanical engineering

Tubos corrugados têm sido utilizados em vários cenários da engenharia como, por exemplo, em linhas flexíveis de transporte de petróleo no mar, onde sua instalação, manuseio e remoção, tornam o processo mais prático devido sua flexibilidade. Entretanto, escoamentos em tubos corrugados, em geral, estão sujeitos a um aumento da perda de carga, aumento da turbulência e a variações dos padrões de escoamento quando comparados ao escoamento normalmente observado em tubos de seção transversal constante. Nesse cenário, o presente trabalho apresenta um estudo numérico e experimental do escoamento turbulento em tubos corrugados com cavidades helicoidais para diferentes ângulos de hélice (ou passo) e números de Reynolds variando entre 7.500 e 100.000. O escoamento é modelado matematicamente a partir das equações de conservação da massa e do balanço da quantidade de movimento, considerando-se o fluido newtoniano e incompressível. Ao escoamento é aplicado o modelo de turbulência de duas equações Baseline Model. O sistema de equações resultante da modelagem matemática é discretizado utilizando o Método Numérico de Volumes Finitos baseado em Elementos (MVFbE), e resolvido através do programa computacional ANSYS-CFX. Para o estudo experimental, que concerne à medição do fator de atrito em geometrias equivalentes às estudadas numericamente, é realizado utilizando a bancada experimental já existente no LACIT/UTFPR. A partir dos resultados numéricos é proposta uma correlação para o fator de atrito, envolvendo parâmetros geométricos do tubo corrugado e número de Reynolds, com um desvio médio de 0,88%. Além disso, é estudada a influência da parede corrugada no comportamento de propriedades como os campos de velocidade, pressão, tensão e outras propriedades turbulentas. Da última análise, constatou-se que a mudança no padrão de escoamento próximo à cavidade é semelhante entre os aumentos do número de Reynolds e largura da cavidade, não apresentando mudanças qualitativas em respeito à variação do ângulo de hélice.