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Mestrado - Carolina Cimarelli Rodrigues

por dirppg-ct publicado 04/12/2019 09h36, última modificação 04/12/2019 09h36
Estudo Numérico e Experimental do Escoamento Bifásico Líquido-Gás em um Distribuidor
Quando
17/12/2019
de 14h00 até 17h00
(America/Sao_Paulo / UTC-200)
Onde
Sede Ecoville: Sala EN-100
Participantes
Prof. Paulo Henrique Dias dos Santos, Dr. Orientador - UTFPR
Prof. Rigoberto Eleazar Melgarejo Morales, Dr. Coorientador - UTFPR
Banca Examinadora:
Prof. Paulo Henrique Dias dos Santos, Dr. Presidente - UTFPR
Prof. Moisés Marcelino Alves Neto, Dr. - UTFPR
Prof. Luis Mauro Moura, Dr. - PUC-PR
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Resumo: Na indústria petrolífera são utilizados separadores bifásicos no processo de separação das fases, entretanto esses separadores (GLCC, VASPS, Pazflor, entre outros) têm grandes dimensões, dificultando o seu manuseio, instalação e manutenção. A dimensão desses separadores é proporcional à vazão que escoa por eles, logo uma alternativa para reduzir a geometria seria a implementação de um distribuidor prévio capaz de distribuir de forma equitativa as vazões que chegam no separador. Desta forma, neste trabalho foi estudada a dinâmica do escoamento bifásico líquido-gás vertical ascendente em um sistema de distribuição - composto por um condicionador, uma câmara ciclônica e quatro saídas - com auxílio de testes experimentais e simulações numéricas tridimensionais e transientes. Nos testes experimentais foram utilizados sensores wire-mesh e uma câmera de alta velocidade. As simulações numéricas foram realizadas no software comercial ANSYS–CFX 19.1 utilizando o método dos volumes finitos baseados em elementos finitos para discretizar o domínio. Para a modelagem numérica foi usado o modelo de dois fluidos euleriano-euleriano não homogêneo, com o modelo de turbulência SST e o esquema compressivo para a captura da interface líquido-gás. A grade de teste foi a mesma para os experimentos e para as simulações numéricas com a velocidade superficial de líquido variando de 0,5 até 1,5 m/s e a velocidade superficial de gás variando de 0,07 até 0,92 m/s. Para esses pares de velocidades foi avaliada a eficiência do sistema distribuição em questão para os padrões de escoamento com bolhas dispersas e de transição entre bolhas dispersas e golfadas. A partir dos resultados experimentais concluiu-se que o sistema de distribuição consegue dividir o escoamento equitativamente para o padrão de bolhas, capa esférica e transição para golfadas, com desvio máximo de 2,3% e mínimo de 0,43%. O modelo numérico desenvolvido reproduziu de forma satisfatória a física e a tendência do comportamento observado experimentalmente.

Palavras-chave: Distribuidor; Escoamento Bifásico; Estudo Experimental e Numérico

 

Numerical and Experimental Study of a Two-Phase Flow Liquid-Gas in a Distribution System

Abstract: In the oil industry, two-phase separators are used in the phase separation process, however these separators (GLCC, VASPS, Pazflor, among others) have large dimensions, making their handling, installation and maintenance difficult. The size of these separators is proportional to the flow that flows through them, so an alternative to reduce the geometry would be the implementation of a previous distributor capable of equitably distributing the flows that arrive in the separator. Thus, in this work the dynamics of vertical upward liquid-gas two-phase flow in a distribution system is studied. This distribution system is composed of a condicionator, a cyclonic camera and four outlets - with the aid of experimental tests and three-dimensional transient numerical simulations. In the experimental tests were used wire-mesh sensors and a high-speed camera for the flow characterization. Numerical simulations were performed using the commercial software ANSYS – CFX R19.1. The balance equations were discretized using the finite volume based on finite elements method. For the numerical modeling was used the inhomogeneous eulerian-eulerian two-fluid model, with the SST turbulence model and the compressive scheme for capture the liquid-gas interface. The grid test was the same for the experiments and numerical simulations with the liquid surface velocity ranging from 0.5 to 1.5 m/s and the gas surface velocity ranging from 0.07 to 0.92 m/s. For these velocity pairs, the efficiency of the distribution system in question for the dispersed bubble flow pattern and the transition between dispersed and slug flow was evaluated. From the experimental results it was concluded that the distribution system can divide the flow evenly for the bubble pattern, spherical cap and transition to slug flow, with maximum deviation of 2.3% and minimum of 0.43%. The numerical model developed satisfactorily reproduced the physics and behavioral observed experimentally.

Keywords: Distributor; Two-Phase Flow; Experimental and Numerical Study.

 

Lista de Publicações

RODRIGUES, CAROLINA C.; EIDT, HENRIQUE K. ; DUNAISKI, RAFAEL ; OFUCHI, CÉSAR Y. ; NEVES, FLÁVIO ; SANTOS, PAULO H. D. ; MORALES, RIGOBERTO E. M. . Numerical Study of Transient Flow and the Influence of Height and Viscosity in a Cyclonic Chamber in a Distribution System. In: ASME 2017 Fluids Engineering Division Summer Meeting, 2017, Waikoloa. Volume 1B, Symposia: Fluid Measurement and Instrumentation; Fluid Dynamics of Wind Energy; Renewable and Sustainable Energy Conversion; Energy and Process Engineering; Microfluidics and Nanofluidics; Development and Applications in Computational Fluid Dy, 2017. p. V01BT11A016.


RODRIGUES, CAROLINA CIMARELLI; DUNAISKI, RAFAEL ; OFUCHI, CÉSAR YUTAKA ; DIAS DOS SANTOS, PAULO HENRIQUE ; NEVES-JR, FLÁVIO ; MORALES, RIGOBERTO ; EIDT, HENRIQUE KRAINER . Experimental Validation by Ultrasonic Technique of the Numerical Analysis of an Ascendant Flow under the Influence of the Centrifugal and Gravitational Fields. In: 24th ABCM International Congress of Mechanical Engineering, 2017. Procceedings of the 24th ABCM International Congress of Mechanical Engineering, 2017.


EIDT, HENRIQUE K. ; RODRIGUES, CAROLINA C. ; DUNAISKI, RAFAEL ; OFUCHI, CÉSAR Y. ; NEVES, FLÁVIO ; SANTOS, PAULO H. D. ; MORALES, RIGOBERTO E. M. . Numerical and Experimental Analysis of Vertical Ascendant Liquid-Gas Flow Under Action of Centrifugal and Gravitational Fields. In: ASME 2017 Fluids Engineering Division Summer Meeting, 2017, Waikoloa. Volume 1C, Symposia: Gas-Liquid Two-Phase Flows; Gas and Liquid-Solid Two-Phase Flows; Numerical Methods for Multiphase Flow; Turbulent Flows: Issues and Perspectives; Flow Applications in Aerospace; Fluid Power; Bio-Inspired Fluid Mechanics; Flow Manipu, 2017. p. V01CT14A006.


OFUCHI, CÉSAR ; EIDT, HENRIQUE ; RODRIGUES, CAROLINA ; DOS SANTOS, EDUARDO ; DOS SANTOS, PAULO ; DA SILVA, MARCO ; NEVES, FLÁVIO ; DOMINGOS, PAULO ; MORALES, RIGOBERTO . Multiple Wire-Mesh Sensors Applied to the Characterization of Two-Phase Flow inside a Cyclonic Flow Distribution System. SENSORS, v. 19, p. 193, 2019.