Caracterização experimental da evolução do escoamento líquido-gás em golfadas em uma tubulação vertical

• Autor(a) principal: Gmyterco, Alexandre Cunningham
• Data de Publicação: 2021
• 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/1/27980
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA; Escoamento bifásico; Estatística - Análise; Hidrodinâmica; Bolhas (Física); Tubulação; Two-phase flow; Statistics - Analysis; Hydrodynamics; Bubbles; Piping; Engenharia Mecânica

Ao longo do escoamento bifásico de líquido-gás podem ser observadas diversas distribuições geométricas das fases, conhecidas como padrões de escoamento. Um destes padrões é conhecido como escoamento em golfadas, caracterizado pela passagem intermitente de uma estrutura conhecida como célula unitária composta por uma bolha alongada e por um pistão de líquido. Devido ao caráter intermitente desse padrão de escoamento, é necessária uma análise detalhada, no espaço e no tempo, para descrever o seu comportamento. Nesse contexto, no presente trabalho foi desenvolvido um estudo experimental do escoamento em golfadas em uma tubulação vertical de 0,026 m de diâmetro e 14 m de comprimento. Os experimentos foram realizados para o escoamento de ar e água, com a velocidade superficial do ar variando de 0,2 a 1,5 m/s e a velocidade superficial da água variando de 0,2 a 1,5 m/s, em um total de dezoito (18) pontos experimentais. A detecção das fases foi realizada em cinco estações de medição, utilizadas para monitoramento das estruturas do escoamento em golfadas. Em quatro destas estações foram instalados sensores resistivos de dois fios e em uma estação foi instalado o sensor de malha de eletrodos (wire-mesh) junto a uma câmera de alta taxa de aquisição de imagens. A partir dos dados experimentais foi realizada uma análise fenomenológica sobre o comportamento do escoamento em golfadas em função dos parâmetros adimensionais de Froude e Reynolds. Analisou-se a evolução da distribuição estatística dos parâmetros característicos das golfadas através das funções densidade de probabilidade ao longo das cinco estações de medição. Foram propostas correlações empíricas para estimar os valores médios e os seus respectivos desvios padrões para a velocidade da bolha alongada, frequência, fração de vazio da célula unitária, fração de vazio do pistão de líquido e comprimentos da bolha alongada e do pistão de líquido. Os resultados obtidos no presente trabalho contribuem para o entendimento do comportamento do escoamento em golfadas em tubulações verticais, fornecem dados experimentais e correlações empíricas que podem ser utilizados na indústria ou na academia para o desenvolvimento e verificação de modelos matemáticos e numéricos.