Modelagem matemática do perfil da bolha alongada no escoamento bifásico em golfadas e análise de dados experimentais

• Autor(a) principal: Weiland, Mateus
• Data de Publicação: 2017
• 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/1/10554
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS; Escoamento multifásico; Gás - Escoamento; Escoamento bifásico; Escoamento; Modelos matemáticos; Simulação (Computadores); Engenharia mecânica; Multiphase flow; Gas flow; Two-phase flow; Runoff; Mathematical models; Computer simulation; Mechanical engineering

No escoamento bifásico líquido-gás, a fase gasosa e a fase líquida se distribuem em diferentes geometrias em função de características do escoamento como as vazões dos fluidos, as propriedades de cada fase e parâmetros geométricos da tubulação. Estas distribuições geométricas das fases são chamadas de padrões de escoamento. Um padrão de escoamento frequente nas linhas de produção de petróleo e gás é o escoamento bifásico em golfadas, que é caracterizado por uma célula unitária que compreende um pistão de líquido aerado e uma bolha alongada de gás que escoa junto a um filme de líquido. A modelagem matemática do perfil da bolha alongada é uma das possibilidades para caracterizar o escoamento bifásico líquido-gás em golfadas. Assim, neste trabalho é desenvolvida uma modelagem matemática do perfil da bolha alongada de gás a partir da conservação da quantidade de movimento na região da bolha alongada. O sistema de equações resultantes da modelagem matemática foi resolvido numericamente utilizando um programa computacional desenvolvido no presente trabalho. A partir da solução numérica é possível obter as frações de líquido e gás na região da bolha alongada, o comprimento da bolha alongada e do pistão de líquido e o perfil da bolha alongada. Foram realizados testes numéricos para diferentes condições de vazão de água e ar no padrão de escoamento bifásico em golfadas em dutos com inclinações, com relação à direção horizontal, de 0, -4º e -7º, -10º e -13º. Os resultados foram comparados com dados experimentais medidos no NUEM-UTFPR. A partir da análise dos resultados foram verificados que os parâmetros calculados numericamente tiveram discrepâncias menores que 25%, quando comparados com dados experimentais, para o escoamento em golfadas com inclinações de 0, -4º e - 7º. Para os casos do escoamento com inclinações de -10º e -13º as discrepâncias entre os resultados numéricos e experimentais foram maiores, limitando o uso da modelagem desenvolvida nestas condições.