Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11422/25920

Type: Tese
Title: Dynamic analysis of a pipe conveying a twophase fluid considering parametric and non parametric uncertainties
Author(s)/Inventor(s): Ponte, Pedro Jacinto Vivas
Advisor: Ritto, Thiago Gamboa
Co-advisor: Deü, Jean-François
Abstract: Esta tese está interessada no sistema dinâmico de uma tubulação horizontal simplesmente apoiada que transporta um fluido bifásico. O fluido é modelado considerando a hipótese conhecida como “plug-flow”, que considera uma velocidade de escoamento de perfil uniforme. A tubulação é representada considerando dois modelos estruturais diferentes. O primeiro considera a hipótese de viga linear do tipo Euler-Bernoulli, enquanto o segundo modelo considera os termos não lineares de rigidez da viga. A equação final do sistema dinâmico é obtida através do princípio de Hamilton estendido. Após, o sistema é discretizado utilizando o método dos elementos finitos. A velocidade do escoamento atua como uma carga de compressão na estrutura, podendo causar a bifurcação do sistema dinâmico (flambagem) quando velocidades críticas são alcançadas. Incertezas paramétricas e não paramétricas foram introduzidas neste sistema, onde os parâmetros do escoamento multifásico e as matrizes de elementos finitos do fluido foram modeladas usando distribuições probabilísticas, resultando em um modelo dinâmico estocástico cujo resultado final foi aproximado pelo método de Monte Carlo. Os parâmetros do escoamento multifásico: fração de vazios, título de vapor e razão de escorregamento podem ser introduzidos em coeficientes que são fatores modificadores dos termos da equação de um único fluido. Portanto, a única diferença de tubulações que transportam um fluido monofásico ou multifásico são os valores destes coeficientes. Desta maneira, é possível entender e avaliar a influência dos parâmetros do escoamento multifásico na resposta estrutural do sistema.
Abstract: This thesis is interested in the dynamic system of a simply-supported horizontal pipe conveying a two-phase fluid. The fluid is modelled considering the hypothesis called “plug-flow”, it considers a uniform profile for the flow velocity. The pipe is represented considering two different structural models. The prior considers the linear Euler-Bernoulli beam hypothesis, while the latter considers nonlinear terms for the beam stiffness. The dynamic system final equation is obtained using the extended Hamilton’s principle. Next, the system is discretized by means of the finite element method. The flow velocity acts in the structure as a compression load, and it can cause the dynamic system bifurcation (buckling) when the flow reaches critical velocities. Parametric and non-parametric uncertainties are introduced in the system, where the two-phase flow parameters and the fluid finite element matrices are modelled considering probabilistic distributions, it results in a stochastic dynamic model which the final result is approximated by the Monte Carlo method. The multiphase flow parameters: void fraction, vapour quality and slip ratio may be introduced into coefficients being modification factors of the terms of the singlephase fluid. Therefore, the unique difference between pipes conveying a single-phase or a multiphase flow is these coefficients values. This way, it is possible to understand and evaluate the influence of the multiphase flow parameters in the system structural response.
Keywords: Vibrações na tubulação
Fluxo bifásico
Modelo estocástico
Vibrations in collaboration
Two phase flow
Stochastic model
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOS::DINAMICA DOS CORPOS RIGIDOS, ELASTICOS E PLASTICOS
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: Mar-2021
Publisher country: Brasil
Language: eng
Right access: Acesso Aberto
Citation: PONTE, Pedro Jacinto Vivas. Dynamic analysis of a pipe conveying a twophase fluid considering parametric and non-parametric uncertainties. 2021. 195 f. Tese (Doutorado) - Programa de Engenharia Mecânica, COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2021.
Appears in Collections:Engenharia Mecânica

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