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[en] THEORETICAL-EXPERIMENTAL THERMAL STRESS ANALYSIS IN VISCOELASTIC CYLINDERS / [pt] ANÁLISE TEÓRICA-EXPERIMENTAL DE TENSÕES DE NATUREZA TÉRMICA EM UM CORPO CILÍNDRICO VISCOELÁSTICOMARCELO FERREIRA PINTO URURAHY 03 April 2012 (has links)
[pt] Apresenta-se neste trabalho o desenvolvimento de um modelo teórico-numérico baseado na Teoria da Viscoelasticidade Linear capaz de prever as distribuições transientes e residuais das componentes de tensão e de deformação de um cilindro polimérico longo submetido a resfriamento brusco.
Descrevem-se, ainda, os procedimentos experimentais adotados como intuito de se determinarem algumas propriedades térmicas e mecânicas do sistema epóxi DER331/XG0103/XB81215.
Finalmente, comparam-se os resultados fornecidos pelo modelo teórico-numérico com resultados experimentais obtidos através da utilização de uma técnica extensométrica conhecida como Método de Sachs. / [en] This work presents the development of a theoretical and numerical model based on the Linear Viscoelastic Theory able to predict the transient and residual stress and deformation distributions in a long polymeric cylinder subject to a rapid cooling.
The work describes the experimental procedures adopted aiming to determine some thermal and mechanical properties of the epoxy system DER331/XG0103/XB81215.
Finally, the results from the theoretical numerical model are compared to the ones obtained experimentally by na extensometric technique known as Sachs’ Method.
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[en] NATURAL CONVECTION INFLUENCE IN THE COOLDOWN OF OIL AND GAS SUBSEA PIPELINES / [pt] INFLUÊNCIA DA CONVECÇÃO NATURAL NO RESFRIAMENTO DE DUTOS SUBMARINOS DE PETRÓLEO E GÁSDENI LEMGRUBER QUEIROZ 13 December 2007 (has links)
[pt] No processo de transporte e produção de petróleo e seus
derivados em
linhas submarinas, o controle da transferência de calor
entre o produto quente e o
mar frio, é fundamental para a garantia do escoamento. Se
a temperatura do
produto cair abaixo de determinados valores críticos,
problemas como formação
de hidratos ou deposição de parafina nas paredes da
tubulação podem ocorrer,
levando ao bloqueio da linha e interrupção de produção,
demandando altos
custos. A perda de calor para o ambiente é minimizada,
através de isolantes
térmicos projetados para operações em regime permanente.
Nestes casos, devido
às altas velocidades do escoamento axial, o qual é
tipicamente turbulento, o
processo de transferência de calor dominante é o de
convecção forçada. Porém,
durante uma operação de manutenção de algum equipamento, a
produção pode
ser interrompida e o fluido ficando parado no interior da
linha, tende a resfriar-se
podendo atingir uma temperatura crítica. Durante este
resfriamento, na ausência
de bombeio, o processo de convecção natural passa a
dominar. O presente
trabalho analisa o processo de transferência de calor após
a parada de bombeio,
considerando os efeitos da convecção natural no
resfriamento do produto, assim
como a influência da capacidade térmica da parede do duto
e das camadas de
revestimento no transiente térmico. Inicialmente,
considera-se que o escoamento
axial é rapidamente levado ao repouso e utiliza-se um
modelo bidimensional da
seção transversal do duto, utilizando três produtos
típicos: um óleo leve, um óleo
pesado, e um gás. Os campos de velocidade e temperatura
são obtidos
numericamente utilizando o software FLUENT, considerando a
hipótese de
Boussinesq para avaliar a convecção natural. A taxa de
resfriamento obtida é
comparada com a previsão de um modelo unidimensional na
direção axial, que
utiliza correlações empíricas para avaliar a transferência
de calor entre o fluido a parede da tubulação, em função
do regime de escoamento. Boa concordância
entre as simulações para a seção central da linha é
obtida. No entanto, como as
variações axiais para o caso do gás são maiores, para este
produto, um modelo
tridimensional também foi analisado, onde se considerou os
efeitos combinados
da convecção forçada e natural. Adicionalmente, a hipótese
de Boussinesq foi
eliminada, e a equação de gás ideal foi considerada. / [en] Heat transfer control is crucial for flow assurance in
transport as well as
production operations of oil and its derivatives in subsea
lines. If the product
temperature falls below certain critical values, problems
such as hydrate
formation or wax deposition in the pipelines walls can
occur, inducing line
blockage and interruption of production, demanding high
costs. The heat loss to
the environment is minimized by employing thermal
insulation, which are
designed for stead state operations. For these cases, due
to high axial velocities,
the flow is typically turbulent, and the dominant heat
transfer mechanism is due
to convection forced. However, during maintenance
operation of some
equipment, the production can be interrupted and the
stagnant fluid in the interior
of the line tends to cool down and it can reach a critical
temperature. During this
cooling, in the absence of pumps, the process of natural
convection begins to
dominate. The present work analyzes the heat transfer
process after flow
shutdown, considering the effect of the natural
convection, as well as the
influence in the thermal transient of the thermal capacity
of the duct wall and
insulation layers. Initially, it is considered that the
axial flow is set to rest very
quickly and a two-dimensional model of the transversal
section of the duct is
employed, using three typical products: light oil, heavy
oil and pressurized gas.
The velocity and temperature filed are obtained using the
numerical software
FLUENT, considering the hypothesis of Boussinesq to
evaluate the natural
convection. The cooling rate is compared with the forecast
of a unidimensional
model in the axial direction based on empirical
correlations, function of the flow
regime, to evaluate the heat transfer between the fluid
and the duct wall. Good
agreement is obtained between the solutions of the 2-D
model and the pipeline
central cross section of the 1-D model. However, as the
axial variations for the gas case are significant, for
this product, a three-dimensional model also was
analyzed, where it was considered the effects of the
forced and natural
convection. Additionally, the hypothesis of Boussinesq was
eliminated, and the
ideal gas equation was considered.
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Natural circulation scaling of a pressurized conduction cooldown event in the upper plenum of the modular high temperature gas reactorKing, Brian M. (Brian Matthew) 12 June 2012 (has links)
In a Modular High Temperature Gas Reactor (MHGTR), the Pressurized Conduction Cooldown (PCC) event is an accident scenario in which there is a loss of forced convection of the coolant through the system but the pressure boundary remains intact. When the PCC event occurs, natural circulation onsets which results in a flow and temperature reversal, resulting in hot helium flowing into the upper plenum which could imping upon the upper plenum head. The High Temperature Test Facility (HTTF), which is being designed and constructed at Oregon State University, is a scaled thermal test facility of the MHTGR which is being built for both code validation purposes and to examine specific flow phenomena of the gas reactor. This study is being performed to determine how the HTTF simulates the same conditions as the MHTGR under this scenario through the use of scaling parameters and computational fluid dynamics. / Graduation date: 2013
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[en] TRANSIENT HEAT TRANSFER MODELING OF THERMALLY INSULATED OIL OR GAS PIPELINES / [pt] MODELAGEM TRANSIENTE DA TRANSFERÊNCIA DE CALOR EM DUTOS DE PETRÓLEO OU GÁS, TERMICAMENTE ISOLADOSJHOANY JHORDANN BARRERA ESCOBEDO 07 February 2006 (has links)
[pt] Linhas submarinas são utilizadas na produção e
transporte
de petróleo e seus
derivados. Em ambas as situações, o controle da
transferência de calor do fluido para
o ambiente externo pode ser um fator determinante para o
escoamento. No caso de
produção em águas profundas, o fluido aquecido perde
calor
para a água do mar
gelada. A perda de calor é controlada através do
isolamento térmico, o qual é
projetado para operações de escoamento em regime
permanente. Durante eventuais
paradas de operação, o fluido estagnado no interior da
tubulação ao perder calor para
o ambiente frio, pode atingir níveis críticos de
temperatura, acarretando graves
problemas, tais como formação de hidratos ou deposição
de
parafina nas paredes da
tubulação, o que pode levar ao bloqueio da linha e
interrupção de produção. No
transporte de produtos, o reinício de bombeio de fluidos
muitos viscosos também é
um problema crítico, devido ao aumento significativo da
viscosidade com a redução
da temperatura. O presente trabalho apresenta uma
análise
da influência da
capacidade térmica da parede do tubo e das camadas de
revestimento no transiente
térmico de linhas com muito isolamento. A perda de calor
da linha para o ambiente é
determinada resolvendo-se a equação transiente de
condução
de calor para as
camadas de revestimento da tubulação, utilizando um
modelo
uni-dimensional na
direção radial. O método de volumes finitos é empregado
para resolver o escoamento
transiente no interior da tubulação acoplado com o
transiente térmico na parede da
tubulação, a partir do instante em que uma válvula é
fechada na extremidade da
tubulação interrompendo o fluxo. Comparações com as
previsões de softwares
comerciais foram realizadas e suas limitações são
discutidas. Resultados obtidos das
simulações para o escoamento tanto de líquidos quanto de
gases, considerando e desprezando a capacidade térmica,
mostram que o efeito da mesma é relevante na
determinação do tempo de resfriamento da linha e do
fluido
em seu interior. / [en] Subsea pipelines are employed not only for production but
also for
transportation. In both situations, warm oil loses heat to
the cold sea water. The
heat loss to the ambient is controlled by means of thermal
insulation, which is
designed for steady state operations. During shutdowns,
the stagnant fluid in the
pipeline loses heat to the cold surrounding, eventually
reaching some critical
temperature. As a result, several problems can occur, such
as formation of
hydrates or deposition of high molecular weight paraffins
on the inner wall of the
subsea line, which can lead to flow line blockage and
production shutdown. Restart
of very viscous fluid after shutdown is also critical,
since viscosity increases
significantly with the reduction of the temperature. This
work presents an analysis
of the influence of the pipe wall thermal capacitance on
the transient behavior of
heavily insulated lines. The heat loss from the pipeline
is determined, by solving
the transient heat conduction equation for the pipewall
layers, utilizing a simple
one-dimensional model in the radial direction. The finite
volume method is
employed to solve the transient flow inside the pipeline,
from the time instant that
a valve at the end point of the line is closed, coupled
with the pipe wall thermal
transient. Comparisons with the prediction of commercial
softwares were
performed and their limitations are addressed. Numerical
results obtained for
flows of both liquid and gases, considering and neglecting
the thermal
capacitance, revealed that accounting for the thermal
capacity of the wall is
relevant to the determination of cooldown times
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