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Title: Modelagem e simulação de escoamento anular de água-óleo pesado-ar em dutos horizontais.
Other Titles: Modeling and simulation of annular flow of water-oil-heavy air in horizontal ducts.
???metadata.dc.creator???: NUNES, Flávio César Brito.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: FARIAS NETO, Severino Rodrigues de.
LIMA, Antonio Gilson Barbosa de.
???metadata.dc.contributor.referee1???: VIEIRA, Fernando Fernandes.
???metadata.dc.contributor.referee2???: FARIAS, Fabiana Pimentel Macêdo de.
???metadata.dc.contributor.referee3???: CRIVELARO, Kelen Cristina Oliveira.
???metadata.dc.contributor.referee4???: CAVALCANTI, Wilma Sales.
Issue Date: 22-Aug-2012
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: NUNES, Flávio César Brito. Modelagem e simulação de escoamento anular de água-óleo pesado-ar em dutos horizontais. 193f. (Tese de Doutorado em Engenharia de Processos), Programa de Pós-graduação em Engenharia de Processos, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande - Paraíba - Brasil, 2012. Disponível em: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/11452
???metadata.dc.description.resumo???: Este trabalho tem como objetivo estudar, via simulação numérica, o comportamento fluidodinâmico do escoamento trifásico agua-óleo pesado-ar, durante o transporte de óleos pesados e ultraviscosos em dutos horizontais, utilizando a técnica "core annular flow" em sistemas isotérmico e nao-isotérmico, O modelo matemático utilizado foi o não-homogêneo, utilizando-se a estrutura Euleriana-Euleriana, para derivar as equações governantes. Considerou-se o modelo de mistura para tratar os termos de transferência de momento interfacial entre as fases continuas (agua-oleo pesado) e o modelo de partícula para tratar os termos de transferência de momento interfacial entre as fases dispersa e continua (ar-óleo pesado). Foram avaliadas as influencias da velocidade superficial, fração volumétrica, rugosidade do duto e propriedades termofísicas dos fluidos sobre o padrão de escoamento e queda de pressão. Os resultados obtidos, comparados com dados experimentais, mostraram que a técnica core-flow foi eficiente para o transporte trifásico de agua-óleo pesado-ar. Observou-se ainda que os fluidos deslocavam-se com a mesma velocidade real ("in situ"), comportando-se como uma mistura. Os maiores gradientes de pressão encontravam-se na região de entrada do duto, porém, quando o escoamento tornava-se completamente desenvolvido, os gradientes de pressão tornavam-se constantes. Isto sugere a possibilidade de previsões de quedas de pressão em dutos com maiores comprimentos. Foi verificada excentricidade do núcleo de óleo causada pelo empuxo, a qual foi contrabalançada pelo gradiente de pressão, exercido pela parede, na direção vertical. Verificou-se que as vazões volumétricas do ar e do óleo pesado, e rugosidade da superfície do duto, exerceram forte influencia no comportamento do escoamento e na queda de pressão. Concluiu-se que a modelagem matemática utilizada foi adequada para representação física do escoamento trifásico agua-óleo pesado-ar, uma vez que conseguiu predizer satisfatoriamente o comportamento das quedas de pressão ao longo do escoamento, os perfis de velocidade e a influencia da temperatura e da rugosidade do duto sobre o sistema.
Abstract: In this work numerical simulation was employed to study the fluid dynamic behavior of a three-phase flow system comprised by water-heavy oil- air. The focus was on the transport of heavy oils and ultraviscous in horizontal pipelines, using the technique "core annular flow" in isothermal and non -isothermal system. The mathematical model used was non-homogeneous and Eulerian-Eulerian structure was employed to derive the governing equations. Two models were considered in order to couple the terms of the interfacial transfer of momentum: a mixture model in continuous phase (water-heavy oil) and a particle model, for dispersed and continuous phases (air- heavy oil). Through these models the influence of superficial velocity, volume fraction, roughness of the pipeline, fluid thermophysical properties, flow pattern and pressure drop were then investigated. The results obtained were compared with experimental data and showed that the core-flow technique proved to be efficient for the transport of three-phase flows. Findings showed that the fluids moved with same velocity (in situ), behaving as a mixture. It was observed higher pressure gradients in the entrance region of the duct. However, when the flow became fully developed (i.e. stable), the pressure gradients became constant. Thus, this may allow estimates in pressure drops in pipes of greater length. Findings showed that core oil eccentricity was caused by buoyancy. This buoyancy was balanced by pressure gradient caused by duct wall in the vertical direction. The volumetric flow of air and heavy fuel oil, and the surface roughness of the pipe, exerted a strong influence on the behavior of the flow and pressure drop. Conclusively, the mathematical approach was adequate for the physical representation of the of three-phase flow water- heavy oil -air, as well it was able to predict pressure drops along the flow, velocity profiles and the influences of temperature and duct roughness on the system.
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/11452
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