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Type: Tese
Title: Numerical prediction of intermittent two-phase flow in horizontal and inclined pipelines and comparison with experiments
Author(s)/Inventor(s): Sondermann, Carina Nogueira
Advisor: Bodstein, Gustavo César Rachid
Co-advisor: Rachid, Felipe Bastos de Freitas
Abstract: Simulações numéricas de escoamento bifásico intermitente são importantes para acompanhar e prever o comportamento desse padrão de escoamento ao longo de uma tubulação. Alguns trabalhos antecessores provaram que o modelo de dois fluidos unidimensional e transiente é capaz de capturar golfadas automaticamente, apenas como resultado da dinâmica do escoamento. Neste trabalho, duas abordagens para o modelo de dois fluidos em combinação com diferentes métodos numéricos são implementadas. Os modelos matemáticos propostos possuem cinco e sete equações, são incondicionalmente hiperbólicos e são avaliados para simular problemas benchmark. O modelo numérico que melhor reproduz os problemas benchmarks é utilizado para simular casos de escoamento intermitente através do método de captura de golfadas. Resultados obtidos com a modelagem numérica são comparados com caso da literatura e com dados experimentais obtidos através de uma campanha experimental que também é parte deste trabalho. Os resultados demonstram que o modelo numérico é bastante promissor, apresentando boa concordância para algumas características de golfadas, como frequência e velocidade translacional, embora possivelmente ajustes sejam necessários a fim de contemplar efeitos que são intrinsicamente tridimensionais e influenciam no escoamento.
Abstract: Numerical simulations of intermittent two-phase flow are important to monitor and predict the behavior of this flow pattern along a pipe. Some previous works have proved that the transient one-dimensional two-fluid model is capable of capturing slugs automatically, just as a result of the flow dynamics. In this work, two approaches of the two-fluid model in combination with different numerical methods are implemented. The proposed mathematical models have five and seven equations, are unconditionally hyperbolic and are evaluated to simulate benchmark problems. The numerical model that best reproduces the benchmark problems is used to simulate cases of intermittent flow through the slug capturing approach. Results obtained with the numerical model are compared with a literature case and with experimental data obtained through an experimental campaign that is also part of this work. The results demonstrate that the numerical model is promising, presenting good agreement for some slug characteristics, such as slug frequency and translational velocity, although adjustments to contemplate effects that are intrinsically three-dimensional and that have an impact on the flow may be needed.
Keywords: Fluxo bifásico
Simulação numérica
Fluxo intermitente
Golfadas (slug flow)
Modelo de dois fluidos
Mecânica dos fluidos
Two fluid model
Fluid mechanics
Numerical simulation
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
Production unit: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Jun-2021
Publisher country: Brasil
Language: eng
Right access: Acesso Aberto
Citation: SONDERMANN, Carina Nogueira. Numerical prediction of intermittent two-phase flow in horizontal and inclined pipelines and comparison with experiments. 2021. 165 f. Tese (Doutorado) - Curso de Programa de Engenharia Mecânica, Coppe, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2021.
Appears in Collections:Engenharia Mecânica

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