Estudo numérico e experimental do escoamento bifásico líquido-gás em célula de balanço

• Autor(a) principal: Fabiane, Fernando Rocha
• Data de Publicação: 2020
• 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/1/24286
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA; Escoamento bifásico; Dinâmica dos fluídos computacional; Escoamento multifásico; Modelos matemáticos; Hidrodinâmica; Métodos de simulação; Two-phase flow; Computational fluid dynamics; Multiphase flow; Mathematical models; Hydrodynamics; Simulation methods; Engenharia Mecânica

A indústria de óleo e gás enfrenta diversos problemas na extração e produção de petróleo, e para realizar estudos que auxiliem na resolução desses problemas, muitas vezes são utilizados longos circuitos de tubulações. Esses estudos são muitas vezes custosos e necessitam de grandes instalações para serem montados e conduzidos. Uma parte desses estudos vem sendo realizada em células de balanço, que surgiram como alternativa em relação a escoamentos bombeados, podendo ter dimensões reduzidas, conter altas pressões e ter um controle melhor da temperatura de maneira economicamente viável. Contudo, até o conhecimento do autor, ainda existem poucos estudos que descrevam o comportamento hidrodinâmico do escoamento dentro das células de balanço. Esse trabalho apresenta um estudo numérico (implementado no software aberto OpenFOAM utilizando o modelo multifásico VOF) e experimental (desenvolvido exclusivamente para a validação do modelo numérico) de um escoamento bifásico ar-água dentro de uma célula de balanço de 1,2 m de comprimento e 51,8 mm de diâmetro interno. A célula de balanço, em questão, permite alterar três principais fatores que geram o movimento dos fluidos: frequência de oscilação, razão de preenchimento e ângulo máximo de inclinação. Neste estudo foram utilizadas três frequências de oscilação definidas por valores pré- determinados pelos equipamentos: 0,925rad/s, 1,24rad/s e 1,55rad/s. A razão de preenchimento foi variada de 10% até 90% e a angulação máxima da célula foi fixada em 17,5°, ângulo que trouxe movimentos bem definidos das fases. As simulações numéricas foram validadas de forma satisfatória com experimentos. Os casos reproduzidos apresentaram escoamentos com características de escoamento estratificado e em golfadas. As análises foram realizadas no centro do tubo. As vazões dos fluidos na área de estudo se mostraram iguais entre as fases, apenas com sentidos diferentes, atingindo velocidades de até 2,5 m/s. O modelo numérico aqui desenvolvido e validado pode ser usado como ferramenta de estudo para auxiliar no entendimento dos fenômenos reais que envolvem escoamentos bifásicos em células de balanço.