Estudo numérico e experimental do escoamento bifásico líquido-gás em um distribuidor

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2019
Autor(a) principal: Rodrigues, Carolina Cimarelli
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Curitiba
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais
UTFPR
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4851
Resumo: 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, só 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.
id UTFPR-12_1496175129e3f2f3d9dfa7eecf2da2a3
oai_identifier_str oai:repositorio.utfpr.edu.br:1/4851
network_acronym_str UTFPR-12
network_name_str Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
repository_id_str
spelling Estudo numérico e experimental do escoamento bifásico líquido-gás em um distribuidorNumerical and experimental study of a two-phase flow liquid-gas in a distribution systemEscoamento bifásicoIndústria petrolíferaGás - DistribuiçãoGás - EscoamentoModelos MatemáticosEngenharia térmicaTwo-phase flowPetroleum, Industry and tradeGas distributionGas flowMathematical modelsHeat engineeringCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOSEngenharia MecânicaIn 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, só 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.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Petróleo Brasileiro (Petrobrás)Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)Na indústria petrolífera são utilizados separadores bifásicos no processo de separação das fases, entretanto esses equipamentos (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.Universidade Tecnológica Federal do ParanáCuritibaBrasilPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de MateriaisUTFPRSantos, Paulo Henrique Dias doshttp://lattes.cnpq.br/5701155189630566Melgarejo Morales, Rigoberto Eleazarhttp://lattes.cnpq.br/5156573817670917Moura, Luís Maurohttps://orcid.org/0000-0003-3837-4895http://lattes.cnpq.br/6146541063955881Marcelino Neto, Moisés Alveshttp://lattes.cnpq.br/2071333457212415Santos, Paulo Henrique Dias doshttp://lattes.cnpq.br/5701155189630566Rodrigues, Carolina Cimarelli2020-04-15T21:43:11Z2020-04-15T21:43:11Z2019-12-17info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfRODRIGUES, Carolina Cimarelli. Estudo numérico e experimental do escoamento bifásico líquido-gás em um distribuidor. 2019. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2019.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4851porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPR2020-04-16T06:01:04Zoai:repositorio.utfpr.edu.br:1/4851Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestriut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.bropendoar:2020-04-16T06:01:04Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false
dc.title.none.fl_str_mv Estudo numérico e experimental do escoamento bifásico líquido-gás em um distribuidor
Numerical and experimental study of a two-phase flow liquid-gas in a distribution system
title Estudo numérico e experimental do escoamento bifásico líquido-gás em um distribuidor
spellingShingle Estudo numérico e experimental do escoamento bifásico líquido-gás em um distribuidor
Rodrigues, Carolina Cimarelli
Escoamento bifásico
Indústria petrolífera
Gás - Distribuição
Gás - Escoamento
Modelos Matemáticos
Engenharia térmica
Two-phase flow
Petroleum, Industry and trade
Gas distribution
Gas flow
Mathematical models
Heat engineering
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS
Engenharia Mecânica
title_short Estudo numérico e experimental do escoamento bifásico líquido-gás em um distribuidor
title_full Estudo numérico e experimental do escoamento bifásico líquido-gás em um distribuidor
title_fullStr Estudo numérico e experimental do escoamento bifásico líquido-gás em um distribuidor
title_full_unstemmed Estudo numérico e experimental do escoamento bifásico líquido-gás em um distribuidor
title_sort Estudo numérico e experimental do escoamento bifásico líquido-gás em um distribuidor
author Rodrigues, Carolina Cimarelli
author_facet Rodrigues, Carolina Cimarelli
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Santos, Paulo Henrique Dias dos
http://lattes.cnpq.br/5701155189630566
Melgarejo Morales, Rigoberto Eleazar
http://lattes.cnpq.br/5156573817670917
Moura, Luís Mauro
https://orcid.org/0000-0003-3837-4895
http://lattes.cnpq.br/6146541063955881
Marcelino Neto, Moisés Alves
http://lattes.cnpq.br/2071333457212415
Santos, Paulo Henrique Dias dos
http://lattes.cnpq.br/5701155189630566
dc.contributor.author.fl_str_mv Rodrigues, Carolina Cimarelli
dc.subject.por.fl_str_mv Escoamento bifásico
Indústria petrolífera
Gás - Distribuição
Gás - Escoamento
Modelos Matemáticos
Engenharia térmica
Two-phase flow
Petroleum, Industry and trade
Gas distribution
Gas flow
Mathematical models
Heat engineering
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS
Engenharia Mecânica
topic Escoamento bifásico
Indústria petrolífera
Gás - Distribuição
Gás - Escoamento
Modelos Matemáticos
Engenharia térmica
Two-phase flow
Petroleum, Industry and trade
Gas distribution
Gas flow
Mathematical models
Heat engineering
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS
Engenharia Mecânica
description 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, só 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.
publishDate 2019
dc.date.none.fl_str_mv 2019-12-17
2020-04-15T21:43:11Z
2020-04-15T21:43:11Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv RODRIGUES, Carolina Cimarelli. Estudo numérico e experimental do escoamento bifásico líquido-gás em um distribuidor. 2019. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2019.
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4851
identifier_str_mv RODRIGUES, Carolina Cimarelli. Estudo numérico e experimental do escoamento bifásico líquido-gás em um distribuidor. 2019. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2019.
url http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4851
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Curitiba
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais
UTFPR
publisher.none.fl_str_mv Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Curitiba
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais
UTFPR
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
instacron:UTFPR
instname_str Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
instacron_str UTFPR
institution UTFPR
reponame_str Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
collection Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
repository.mail.fl_str_mv riut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.br
_version_ 1850498313791471616