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Type: Dissertação
Title: Análise experimental e numérica de erosão por partículas sólidas em uma junta “T”
Author(s)/Inventor(s): Reis, Felipe Lopes Menezes dos
Advisor: Freire, Atila Pantaleão Silva
Abstract: Diversos processos industriais utilizam fluidos carregados de partículas sólidas. A presença de partículas no escoamento pode originar, dentre outros problemas, o desgaste acelerado de instrumentos de monitoramento e de componentes-chave, aumentando os riscos de operação e os custos de manutenção. A modelagem do fenômeno erosivo, no entanto, não é trivial devido ao grande número de parâmetros relevantes. Grande parte dos modelos de dano existentes foram calibrados para o caso de jato impingente e pouco se sabe sobre a predição de erosão em geometrias mais complexas e em condições fora de suas faixas de validação. Este trabalho tem como objetivo avaliar a aplicabilidade de tais modelos de erosão a uma outra geometria: uma junta do tipo ‘T’ de seção quadrada. Ensaios experimentais foram realizados em uma instalação que operou com uma mistura de água e partículas abrasivas de carbeto de silício (SiC). Foram caracterizados o campo de velocidade – através da técnica de Velocimetria por Imagem de Partículas (PIV) – e o dano por erosão na junta ‘T’. Os resultados foram comparados com simulações numéricas realizadas através de uma abordagem Euleriana-Lagrangeana. O método RANS foi escolhido para a solução do escoamento, empregando-se os modelos de turbulência realisable κ − ϵ e κ − ω SST para fins comparativos. A trajetória das partículas foi determinada através de balanço de forças considerando acoplamento de umavia entre as fases. O dano por erosão foi calculado a partir de quatro modelos disponíveis na literatura. As estimativas de danos por erosão foram promissoras para uma combinação específica de modelo de turbulência e modelo de dano. O modelo de dano proposto por OKA e YOSHIDA (2005) utilizado em conjunto com a solução do escoamento dada pelo modelo de turbulência κ − ω SST apresentou o menor erro relativo quando comparado com os dados experimentais.
Abstract: Several industrial processes work with particle-laden flows. The presence of particles in pipes can cause, among other problems, accelerated wear damage on monitoring instruments and key components, increasing operation risks as well as maintenance costs. Nonetheless, modelling the erosive phenomenon is not trivial due to the large number of relevant parameters. Most of existing damage models have been calibrated for the jet impingement configuration and little is known about the prediction of erosion in more complex geometries and in conditions outside their validation range. This work aims at evaluating the applicability of such erosion models to another geometry: a square T-junction. Experimental tests were carried out in a rig that worked with a mixture of water and abrasive particles of silicon carbide (SiC). The velocity field – provided by the Particle Image Velocimetry (PIV) technique – and the erosion damage at the junction were characterized. The results were compared with numerical simulations conducted with an Eulerian-Lagrangian approach. The RANS method was chosen to solve the flow, employing realisable κ−ϵ and κ − ω SST turbulence models for comparative purposes. Particle trajectories were determined by force balance considering one-way coupling between phases. Erosion damage was calculated from four wear models available in the literature. The estimates for the erosive wear were promising for a specific combination of the turbulence model and the damage model. The damage model proposed by OKA e YOSHIDA (2005) applied alongside the flow solution given by the turbulence model κ−ω SST presented the smallest relative error when compared to the experimental data.
Keywords: Erosão
Junta “T”
Escoamento com partículas
Escoamento bifásico
Modelagem Euleriana Lagrangeana
Modelos de turbulência
Velocimetria por imagem de partículas
Particle erosion
T junction
Fluid mechanics
Eulerian-Lagrangian modeling
Particle Image Velocimetry
Multiphase flow
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: May-2021
Publisher country: Brasil
Language: por
Right access: Acesso Aberto
Citation: REIS, Felipe Lopes Menezes dos. Análise experimental e numérica de erosão por partículas sólidas em uma junta “T”. 2021. 126 f. Dissertação (Mestrado) - Programa de Engenharia Mecânica, COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2021.
Appears in Collections:Engenharia Mecânica

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