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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/24362| Título: | Horizontal air-water two-phase slug flow: eulerian and lagrangian data analysis |
| Título(s) alternativo(s): | Escoamento bifásico horizontal de ar e água em golfadas: análise euleriana e lagrangeana de dados |
| Autor(es): | Chiarello, Conrado |
| Orientador(es): | Marcelino Neto, Moises Alves |
| Palavras-chave: | Escoamento multifásico Lagrange, Funções de Hidrodinâmica Gás - Escoamento Bolhas (Física) Oleodutos de petróleo Multiphase flow Lagrangian functions Hydrodynamics Gas flow Bubbles Petroleum pipelines |
| Data do documento: | 23-Out-2020 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | CHIARELLO, Conrado. Horizontal air-water two-phase slug flow: eulerian and lagrangian data analysis. 2020. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2020. |
| Resumo: | Escoamentos multifásicos são fenômenos recorrentes tanto em ambientes naturais – como nas erupções vulcânicas e no escoamento de sangue pelas veias – quanto nos ambientes industriais – como nas indústrias nuclear e petrolífera. O conhecimento sobre a hidrodinâmica do escoamento, assim como sua evolução ao longo da tubulação, é essencial para o correto dimensionamento de linhas de produção, equipamentos (como bombas e slug catchers) e para formular estratégias para otimizar a extração de óleo dos reservatórios. Um padrão de escoamento frequentemente reportado nas linhas de produção de petróleo é o padrão em golfadas, motivo pelo qual o presente estudo se concentra em sua investigação. Para a análise do escoamento, uma nova metodologia é proposta e aplicada aos dados extraídos nas dependências experimentais do Núcleo de Estudos Multifásicos (NUEM). O circuito experimental tem 35,6 m de comprimento e 26 mm de diâmetro interno e foi operado sob 18 diferentes condições experimentais de golfadas e monitorado ao longo de 5 diferentes estações de medição compostas por um par de sensores resistivos e distribuídas ao longo da tubulação. Os dados foram analisados usando um ponto de referência Euleriano, através do qual se encontram distribuições estatísticas para cada parâmetro em cada estação de medição para cada ponto experimental, e um ponto de referência Lagrangeano, que segue células unitárias ao longo da tubulação para avaliar as mudanças nos parâmetros hidrodinâmicos de estruturas individuais. Correlações são propostas baseadas nos resultados observados para a média e o desvio padrão dos parâmetros. Ainda, é feita a comparação com trabalhos na literatura de maneira a testar as correlações propostas, assim como propor correções às existentes. Ademais, detalhes do escoamento são investigados usando a metodologia proposta, que é capaz de fornecer informações adicionais pertinentes sobre o comportamento do escoamento – como a natureza intrinsicamente transiente do escoamento em golfadas, demonstrado pelas variações dos comprimentos dos pistões de líquido, cujo valor médio não varia significativamente, mas que é produto de variações abruptas positivas e negativas nos pistões individuais. Além disso, é demonstrado que a expansão do gás é um fenômeno diretivo em pontos de alta aeração, mas se torna menos pronunciado em escoamentos de baixa aeração – como o plug flow. Por fim, o comportamento das variáveis hidrodinâmicas ao longo da tubulação e os fenômenos associados a ele são profundamente investigados – fornecendo informações úteis para futura modelagem. |
| Abstract: | Multiphase flows are recurrent phenomena both in natural environments – such as volcanic eruptions and blood flow through veins – and industrial environments – such as the nuclear and petroleum industries. Knowledge about the hydrodynamics of the flow as well as its evolution across the pipeline is essential to correctly design pipelines, equipments (such as pumps and slug catchers) and to formulate strategies to optimize the crude oil exploitation from reservoirs. A frequently reported flow pattern in oil pipelines is slug flow, reason why the present study focuses in its investigation. In order to analyze the flow, a novel methodology is proposed and applied to data retrieved in Multiphase Flow Center (NUEM) experimental facilities. The experimental loop has a length of 35.6 m and 26 mm internal diameter and was operated under 18 different slug flow conditions – varying gas superficial velocity from 0.3 to 2.5 m/s and liquid superficial velocity from 0.3 to 3.0 m/s – across 5 different measuring stations composed by a pair of two-wire resistive sensors distributed along the pipe. Data was analyzed using Eulerian reference frame (ERF), which provides distributions for each hydrodynamic parameter in each measuring station for every experimental point, and Lagrangian reference frame (LaRF), which follows unit cells across the pipeline in order to evaluate the change in hydrodynamic parameters of single structures. Correlations were proposed based on retrieved results for hydrodynamic parameters average values and standard deviation. Moreover, a comparison against previous works was made in order to test the presented correlations as well as to propose corrections to the existing ones. Furthermore, details of the flow were investigated using the developed methodology, which was able to provide additional and insightful information about the flow behavior – such as the intrinsically unsteady nature of slug flow, as slug lengths were found to oscillate at all times, even though average values did not report significant changes, which would indicate developed flow conditions. Moreover, it was shown that gas expansion is a driver phenomenon in heavily aerated points, but becomes lees pronounced in low aeration flows – such as plug flows. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/24362 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais |
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