Estudo de escoamentos bifásicos gás-líquido em dutos verticais e inclinados através de simulação computacional

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Garrido Filho, Anizio Marques
• Outros Autores: Instituto de Engenharia Nuclear
• Orientador(a): Moreira, Maria de Lourdes
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto de Engenharia Nuclear
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-graduação em Ciências e Tecnologias Nucleares
• Departamento: Instituto de Engenharia Nuclear
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Escoamento bifásico; Fluidodinâmica computacional; Bolha de Taylor
• Link de acesso: http://carpedien.ien.gov.br:8080/handle/ien/2203

No presente trabalho foi desenvolvido um estudo sobre os escoamentos bifásicos gáslíquido verticais e inclinados, através da simulação computacional utilizando um software proprietário de CFD desenvolvido pela empresa ANSYS, o CFX. Neste trabalho utilizouse a versão 17.0 do CFX devidamente licenciado para o Instituto de Engenharia - IEN. A primeira parte dedicou-se à simulação em 3 dimensões de uma experiência de escoamento por diferença de densidade, de um bolsão de ar de 100,0 mm de comprimento, em uma fase líquida Inicialmente Estagnada dentro de um tubo de acrílico com 24,0 mm de diâmetro e 2,0 m de comprimento. Na experiência este bolsão de ar é posicionado na parte inferior do tubo pela rápida rotação do tubo assumindo a posição vertical e em ângulos de inlinação de 2,5°, 5°, 7,5°, 10° e 15°. O presente trabalho visou comparar os resultados computacionais com os experimentais. Este estudo demandou um tempo considerável para desenvolvimento, por causa das condições de execução da experiência serem ainda pouco abordadas em termos de simulação computacional. Foram necessários vários ajustes e tentativas, até se alcançar resultados satisfatórios próximos da realidade física da experiência. Neste primeiro estudo o objetivo foi conseguir nas simulações o aspecto morfológico do bolsão de ar e sua velocidade de deslocamento através de uma fase líquida composta de água ou glicerina, o mais próximo possível dos resultados experimentais. Na segunda parte deste estudo, fez-se a simulação por meio do software, de um experimento em construção destinado a ensaiar escoamentos bifásicos ascendentes com circulação forçada, numa tubulação de acrílico de 52,5 mm de diâmetro e 8,0 m de comprimento. Utilizou-se como guia neste estudo, um mapa de escoamentos bifásicos verticais ascendentes ar-água, notadamente reconhecido e elaborado por Taitel et al em 1980. Determinados pontos neste mapa, correspondentes aos tipos de escoamentos bifásicos verticais foram selecionados, e os dados de velocidade superficial de cada fase usados como condição de contorno nas simulações computacionais. Foram realizadas ainda, simulações com esses mesmos dados para condições de inclinação do escoamento de 15°, 30° e 45°. Estas simulações foram executadas em modo transiente no tempo decorrido de 15 s. O resultados visuais obtidos foram em perfis de variação sobre um plano e em 3 dimensões por isovolumes, ambos representando a variação dos parâmetros fração volumétrica, velocidade física e superficial. Foram obtidos os gráficos de fração volumétrica e velocidades fisica e superficial das fases para este tempo e as inclinações estipuladas. Através desses gráficos constatou-se que as variações significativas nos escoamentos ocorrem na faixa de 0° a 15°, e que a partir de 15° até 45° estas são pouco expressivas.