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

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Azevedo, Henrique Stel de
• Orientador(a): Morales, Rigoberto Eleazar Melgarejo
• Banca de defesa: Ribeiro, Geraldo Afonso Spinelli Martins , Barbosa Junior, Jader Riso , Marcelino Neto, Moises Alves , Santos, Paulo Henrique Dias dos , Morales, Rigoberto Eleazar Melgarejo
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná; Curitiba
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Escoamento bifásico - Modelos matemáticos; Bombas centrífugas; Rotores; Fluidodinâmica computacional; Eletrodos; Bolhas - Dinâmica; Análise Numérica; Métodos de simulação; Two-phase flow - Mathematical models; Centrifugal pumps; Rotors; Computational fluid dynamics; Electrodes; Bubbles - Dynamics; Numerical analysis; Simulation methods
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS
• Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4766

Bombas centrífugas estão sujeitas a bruscas variações de padrões de escoamento e degradação de desempenho quando operam com escoamentos bifásicos líquido-gás. Estudos a respeito do tema são majoritariamente experimentais e focados em avaliação de desempenho, com pouca informação sobre a física do problema e raros trabalhos numéricos encontrados na literatura. Essas carências motivaram o desenvolvimento de um estudo numérico e experimental do escoamento líquido-gás em um rotor centrífugo. A modelagem matemática adotada é baseada no Modelo de Dois Fluidos e em um modelo polidisperso de múltiplos grupos dimensionais, incluindo o efeito de diversas interações interfaciais de escoamentos líquido-gás, como quebra e coalescência de bolhas. Simultaneamente, foi desenvolvido um estudo experimental através do uso de uma bancada projetada para a medição do ganho de pressão do rotor estudado, bem como técnicas para visualização e processamento de imagens dos padrões de escoamento e medição da fração volumétrica de gás de entrada. O estudo é realizado para velocidades de rotação entre 200 e 500 rpm e considera uma larga faixa de vazões de líquido e gás. Os resultados experimentais obtidos permitiram a identificação de diferentes padrões de escoamento líquido-gás no rotor, ajudando a entender como eles estão associados à degradação de desempenho e servindo como base de dados para validação do modelo numérico. Os resultados numéricos concordam bem com os obtidos experimentalmente. Eles foram explorados para entender o comportamento de diversos parâmetros do escoamento, bem como o papel de diferentes forças interfaciais no fenômeno. Essa análise revelou que diversos modelos interfaciais, normalmente desprezados em trabalhos similares da literatura, são importantes para uma boa representação dos padrões de escoamento e do desempenho do rotor sob escoamento bifásico. Por fim, um desenvolvimento mecanicista para previsão do ponto de início de surging em rotores operando com escoamentos bifásicos foi proposto. Em geral, espera-se que os resultados e discussões do trabalho possam ajudar em um melhor entendimento do fenômeno e como uma base de informação para trabalhos futuros.