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CFD evaluation of pipeline gas stratification at low fluid flow due to temperature effectsBrar, Pardeep Singh 17 February 2005 (has links)
It has been found through experiments at Southwest Research Institute that temperature
differences between the gas and wall of the pipe through which the gas is flowing can
greatly influence the gas flow in the pipe line and give different velocity magnitudes at
the top and bottom half of the pipe. The effect on the flow is observed to worsen at low
fluid flow and high temperature differences. This effect has been observed by ultrasonic
flow meters which measure the chord average gas velocity at four heights across the pipe.
A significant variance in chord averaged velocities is apparent at these conditions. CFD
analysis was performed. Low flow velocities of 0.1524 m/sec, 0.3048 m/sec and 0.6096
m/sec and temperature differences of 5.5oK, 13.8oK and 27.7oK were considered. When
these conditions were imposed onto the three different geometries, it was seen that the
heating caused increased errors in the ultrasonic meter response. For the single elbow and
double elbow pipe configurations, the errors were below 0.5% for constant wall
temperature conditions but rose to 1% for sinusoid varying wall temperature conditions.
The error was seen to increase as the axial velocity became more stratified due to
momentum or temperature effects. The case of maximum error was noted for the double
elbow geometry with sinusoid wall temperature condition where a swirl type of flow was
noted to create localized velocity maxima at the center of the pipe. This part of the pipe
was barely touched by the ultrasonic meter acoustic path giving maximum error of 1.4%.
A thermal well was placed in the path of the gas flow in the pipe to observe the
temperature response on the surface of the thermal well. It was noted that the thermal
well surface temperature differed by 1.4% for most cases with gas velocity below 0.6096
m/sec.
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[en] DEVELOPMENT OF THERMAL DESORPTION IN SITU PIECES OF EQUIPMENT / [pt] DESENVOLVIMENTO DE EQUIPAMENTO PARA APLICAÇÃO DA DESSORÇÃO TÉRMICA IN SITUALVARO DE FREITAS VIANA 20 April 2007 (has links)
[pt] O uso do calor como meio alternativo para a remediação de
áreas
contaminadas por compostos orgânicos - hidrocarbonetos
derivados de petróleo
e policíclicos aromáticos, organoclorados, pesticidas,
dentre outros - tem se
mostrado competitivo quando comparado a outras soluções,
principalmente
levando-se em consideração questões práticas como a
eficiência dos seus
resultados e o seu tempo de execução. Seguindo uma linha
de pesquisa do
Núcleo de Geotecnia Ambiental da PUC-Rio, esta dissertação
se propõe a
aperfeiçoar o sistema de dessorção térmica in situ a
partir do desenvolvimento
de um novo bastonete térmico e de um sistema de medição de
temperaturas in
situ. O seu escopo envolveu, principalmente, a avaliação
do seu desempenho
quando submetido às condições naturais de campo a partir
de experimentos
realizados em dois locais diferentes: nas dependências da
EMBRAPA Solos, no
Jardim Botânico, e na área externa do Laboratório de
Geotecnia e Meio
Ambiente da PUC-Rio. No primeiro caso, por ser um solo
areno-argiloso, a
temperatura se manteve mais concentrada em pontos mais
próximos ao
bastonete. Já no segundo, representado por um solo areno-
siltoso, a
temperatura chegou a pontos mais distantes com maior
intensidade. Não houve
modificação estrutural significativa em ambos os solos.
Nos dois casos, a
eficiência do sistema foi extremamente dificultada pelos
baixos graus de
saturação e teor de umidade, o que fez com que o calor
aplicado se perdesse
com maior facilidade. Após algumas modificações em seu
projeto original, o
bastonete térmico desenvolvido se comportou bem,
principalmente no último
ensaio, que durou 24 dias. Paralelamente, em laboratório,
foram avaliados o
comportamento da microbiota após a aplicação de calor no
solo e a possibilidade
de aptidão deste meio à existência de novos seres vivos
após a injeção de água
e nutrientes inorgânicos. Verificou-se uma recuperação e
estabilização destes
indivíduos em aproximadamente 03 semanas. Observou-se
ainda a recuperação
parcial da atividade metabólica; no entanto foi visto que
a sua taxa decresce com
o tempo, motivada provavelmente pela falta de matéria
orgânica no solo. / [en] The use of thermal processes in order to remediate
contaminated sites has
been shown a great deal of promise, especially when time
and effectiveness are
considered. The present work describes the development of
a new in situ device
that simultaneously applies heat and delivers compressed
air into the porous
media. Additionally, a new set of instruments were also
designed and built in
order to monitor temperature and to extract vapor from the
vadose zone. Tests
performed at EMBRAPA Solos site and PUC-Rio Campus showed
a good
performance of the pieces of equipment developed. In
addition, microbiological
tests performed at the Geotechnical and Environmental Lab
showed that is
possible to recover the natural microbiota after prolonged
exposure to
temperatures above 400 ºC. Results have shown a recovery
and stabilization of
the population in about 3 weeks. However, it was also
observed that metabolic
activity was not fully recovered, in part due the lack of
nutrients and organic
matter in the porous media.
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[en] DEVELOPMENT OF AN IN SITU THERMAL DESORPTION SYSTEM FOR THE REMEDIATION OF CONTAMINATED SITES / [pt] DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA DE DESSORÇÃO TÉRMICA IN SITU PARA REMEDIAÇÃO DE ÁREAS CONTAMINADASLAERTE JUNIOR BAPTISTA 01 July 2005 (has links)
[pt] O presente trabalho descreve o desenvolvimento de um
sistema de
dessorção térmica aplicável a remediação de solos
contaminados por
compostos orgânicos. O sistema consiste de um bastonete
térmico capaz de
aquecer o solo através de um fluxo radial e de um oxidador
térmico destinado
ao tratamento das emissões gasosas. Fazem parte do
sistema, como
equipamentos acessórios, controladores de temperatura do
tipo rampa
patamar, isolantes térmicos de fibra cerâmica, membranas
plásticas e
amostradores de água e de gases. Estes últimos são
utilizados para averiguar
a eficiência do oxidador térmico. O sistema desenvolvido
atingiu aos objetivos
de projeto. O bastonete térmico foi capaz de aplicar
temperaturas de até 600 ºC
seguindo trajetórias de temperatura programadas. O mesmo
pode-se afirmar
do sistema de tratamento das emissões gasosas. O programa
experimental
realizado em um solo residual de gnaisse, obtido de um
talude rodoviário da
Rodovia Washington Luís, contaminado por óleo queimado,
revelou que o
sistema desenvolvido é capaz de reduzir a concentração de
compostos
orgânicos a um valor mínimo, bem abaixo dos limites
estabelecido pelos
órgãos ambientais nacionais e estrangeiros. O programa
expôs a importância
da aeração da matriz porosa durante o tratamento para
impedir a formação de
coque. As determinações analíticas revelaram que as
emissões gasosas
resultantes do aquecimento do solo residual contaminado
com óleo queimado
tratam-se de parafinas de olefinas. A duração do ensaio
bem como o projeto do
arranjo espacial da distribuição dos bastonetes em um
sistema in situ de
remediação pode ser determinada através do emprego da
formulação de
propagação de calor formulada por Stegemeier (1998). / [en] This dissertation refers to the development of an in situ
system devised to
remediate soils contaminated with organic compounds. The
system consists
basically of a thermal probe capable of heating the soil
matrix through radial
flow and a thermal oxidizer that treats the resulting
gases emissions. The
system clearly reached the design aims. The thermal probe
consistently
programed temperatures up to 6000C to the soil matrix
following applied thermal
paths. The thermal oxidizer was capable to heat gases
emissions up to 9000C
under prolonged exposure. The experimental program was
carried out using a
residual soil from gnaiss taken from a slope at Washington
Luiz Roadway. This
soil was contaminated with used oil and submitted to a
series of tests in order to
assess the efficiency of the system developed herein. The
results suggest that
thermal desorption was able to reduce the degree of
contamination to levels
well below the limits established by National and
International Environmental
Agencies. The results also revealed the importance of
aeration during the
process to avoid the formation of coke. Fingerprinting
tests carried out on gases
emissions revealed that they were composed mainly by
olefins and paraffins.
The design of an in situ system as well as the termination
criteria for in situ
thermal desorption treatment might well be accomplished
using the heat
propagation theory developed by Stegemeier (1998).
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