Use este identificador para citar ou linkar para este item:
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/23965| Título: | Estudo numérico do escoamento bifásico (líquido-gás) em uma célula de balanço usando software ANSYS Fluent |
| Título(s) alternativo(s): | Numerical study of biphasic flow (liquid-gas) in a rock-flow cell using ANSYS Fluent software |
| Autor(es): | Barzotto, Raphael José |
| Orientador(es): | Santos, Paulo Henrique Dias dos |
| Palavras-chave: | Escoamento bifásico Métodos de simulação Modelos matemáticos Hidrodinâmica - Análises Indústria petrolífera Two-phase flow Simulation methods Mathematical models Hydrodynamics - Analysis Petroleum, Industry and trade |
| Data do documento: | 2-Dez-2019 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | BARZOTTO, Raphael José. Estudo numérico do escoamento bifásico (líquido-gás) em uma célula de balanço usando software ANSYS Fluent. 2019. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2019. |
| Resumo: | Escoamentos multifásicos em tubulações podem acarretar variados problemas como desgaste destas. A fim de compreender mais sobre escoamento bifásico, pode-se simular o escoamento por meio experimental ou computacional. Entretanto, escoamentos encontrados em industrias, como a do petróleo, têm grandes proporções, impossibilitando a reprodução destes em laboratório. Uma alternativa para reduzir a geometria dos escoamentos é a utilização de células de balanço em experimentos e simulações computacionais. Neste trabalho, é estudada a dinâmica de um escoamento bifásico líquido-gás em uma célula de balanço, com auxílio de simulações numéricas bidimensionais e transientes. Para a modelagem do escoamento, é utilizado o modelo de Volume de Fluidos, junto com o modelo de turbulência k-ε. Na modelagem numérica, será utilizado o método dos volumes finitos baseados em elementos finitos, tensão interfacial, método SIMPLE de acoplamento pressão-velocidade e PLIC de reconstrução de interface, através do software ANSYS FLUENT. Foram realizadas simulações numéricas para analisar as vazões, as velocidades e as distribuições das fases na célula de balanço para diferentes preenchimentos de líquido (30, 40 e 90% do volume da célula) para uma mesma rotação (0,925 rad/s) com ângulo máximo de 17,5º. Os resultados obtidos pelas simulações foram validados com resultados experimentais obtidos no NUEM/UTFPR. Através dos resultados numéricos foi possível analisar perfis e gradientes de velocidade, viscosidade turbulenta e tensão cisalhante nas paredes para cada fase e na interface. Como consequência, foi constatado que a tensão cisalhante na interface não pode ser aproximada para a tensão na parede para a fase gasosa, como é assumido em modelos mecanicistas para o escoamento bifásico. |
| Abstract: | Multiphase flows in pipes can cause various problems such as pipe wear. In order to obtain more understanding about biphasic flow, one can simulate the flow through experimental or computational means. However, flows in industries, such as oil, have large proportions, making it impossible to reproduce them in a laboratory environment. The use of balance cells in computational experiments and simulations can be an alternative to reduce flow geometry. In this paper, the dynamics of a two-phase liquid-gas flow in a rock-flow cell is studied, using two-dimensional and transient numerical simulations. For the flow modeling, the Volume of Fluids Model is used, together with the k-ε Turbulence Model. In the numerical modeling, the finite element-based finite volume method, interfacial tension, pressure-velocity coupling algorithm (SIMPLE) and the piecewise linear interface calculation (PLIC) will be used through the ANSYS FLUENT software. Numerical simulations were performed to analyze the flow rates, velocities and phase distributions in the balance cell for different liquid holdups (30, 40 e 90% of the cell volume) for the same rotation (0,925 rad/s) at maximum angle of 17.5º. The results obtained by the simulations were validated with experimental results obtained from NUEM-UTFPR (Multiphase Flow Center). Through the numerical results it was possible to analyze profiles and gradients of velocity, turbulent viscosity and shear stress on the walls for each phase and at the interface. As a consequence, it has been found that the shear stress at the interface cannot be approximated to the wall stress for the gas phase, as assumed in mechanistic models for biphasic flow. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/23965 |
| Aparece nas coleções: | CT - Engenharia Mecânica |
Arquivos associados a este item:
| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
|---|---|---|---|---|
| CT_DAMEC_2019_2s_28.pdf | 2,31 MB | Adobe PDF |  Visualizar/Abrir |
Os itens no repositório estão protegidos por copyright, com todos os direitos reservados, salvo quando é indicado o contrário.