Um dos principais problemas relacionados ao transporte e manipulação de fluidos multifásicos refere-se a existência de regimes de escoamento e sua forte influência sobre importantes parâmetros de operação. Um bom exemplo disto ocorre em reatores químicos gás-líquido no qual máximos coeficientes de reação podem ser alcançados mantendo-se um escoamento a bolhas disperso, maximizando a área interfacial total. Assim, a habilidade de identificar automaticamente regimes de escoamento é de importância crucial, especialmente para operação adequada de sistemas multifásicos. Este trabalho se constituirá no desenvolvimento e implementação de uma rede neural auto-organizativa especializada ao problema de identificação de regimes de escoamento bifásico ar-água em tubo horizontal. Os regimes reconhecidos em tubo horizontal são seis: estratificado liso, estratificado ondulado, estratificado rugoso, intermitente, bolhas e anular. Para tanto, pretende-se tomar como ponto de partida as medidas capacitivas, variação de pressão da tubulação e medida de pressão \"flutuante\" como padrões associativos a serem armazenados na rede neural. Posteriormente, a fase de treinamento da rede neural consistirá em identificar os coeficientes sinápticos apropriados, a partir de um conjunto representativo de ensaios. Nesse trabalho optou-se por uma arquitetura com 10 neurônios na camada de entrada, portanto uma quantidade maior do que o número de regimes que se deseja identificar. O objetivo é ver se a rede neural consegue encontrar de forma autônoma os seis regimes já conhecidos, mesmo tendo 10 neurônios na grade. Isso demonstra a habilidade da rede neural auto-organizativa em identificar regimes de escoamento mesmo em situações onde não há conhecimento prévio dos mesmos. Serão feitas simulações para verificar o desempenho da rede neural a partir de dados experimentais coletados no oleoduto piloto do Núcleo de Engenharia Térmica e Fluidos da Escola de Engenharia de São Carlos. / One of the main problems related to the transport and manipulation of multiphase flow is the existence of flow regimes and its strong influence on important parameters of operation. As an example of it occurs in gas-liquid chemical reactor in which maximum coefficients of reaction can be reached by keeping a maximal flow bubbly dispersed into a total interfacial area. Thus, the ability to identify flow regimes automatically is very important, specially in order to obtain a properly operation of multiphase systems. This work consists in the development and implementation of a self-organizing neural networks specially for the problem of identification of regimes of two-phase flow air-water in horizontal pipe. The regimes recognized in horizontal pipe are six: estratified smooth, estratified wavy, estratified rugged, intermittent, bubbly and annular. The capacitive measures, variation of pressure of the piping and measure of flutuante pressure were considered as a starting point to be stored as associative standards in the neural networks. After, the phase of training of the neural networks consisted of an appropriate identification for the sinaptic coefficients from a representative set of tests. An architectural input-layer of 10 neurons was opted. Therefore a bigger amount of regimes than the ones usually required. The objective is to see if the neural network is able to find independently the six regimes already known, even having 10 neurons in the grid. This demonstrates the ability of the self-organizing maps neural network in identifying flow regimes in situations where one does not have previous knowledge of them. Simulations will be made to verify the performance of the neural network from experimental data collected in the pilot pipe-line of the Nucleus of Thermal Engineering and Fluids of the School of Engineering of São Carlos.

Um dos principais problemas relacionados ao transporte e manipulação de fluidos multifásicos refere-se a existência de regimes de escoamento e sua forte influência sobre importantes parâmetros de operação. Um bom exemplo disto ocorre em reatores químicos gás-líquido no qual máximos coeficientes de reação podem ser alcançados mantendo-se um escoamento a bolhas disperso, maximizando a área interfacial total. Assim, a habilidade de identificar automaticamente regimes de escoamento é de importância crucial, especialmente para operação adequada de sistemas multifásicos. Este trabalho se constituirá no desenvolvimento e implementação de uma rede neural auto-organizativa especializada ao problema de identificação de regimes de escoamento bifásico ar-água em tubo horizontal. Os regimes reconhecidos em tubo horizontal são seis: estratificado liso, estratificado ondulado, estratificado rugoso, intermitente, bolhas e anular. Para tanto, pretende-se tomar como ponto de partida as medidas capacitivas, variação de pressão da tubulação e medida de pressão \"flutuante\" como padrões associativos a serem armazenados na rede neural. Posteriormente, a fase de treinamento da rede neural consistirá em identificar os coeficientes sinápticos apropriados, a partir de um conjunto representativo de ensaios. Nesse trabalho optou-se por uma arquitetura com 10 neurônios na camada de entrada, portanto uma quantidade maior do que o número de regimes que se deseja identificar. O objetivo é ver se a rede neural consegue encontrar de forma autônoma os seis regimes já conhecidos, mesmo tendo 10 neurônios na grade. Isso demonstra a habilidade da rede neural auto-organizativa em identificar regimes de escoamento mesmo em situações onde não há conhecimento prévio dos mesmos. Serão feitas simulações para verificar o desempenho da rede neural a partir de dados experimentais coletados no oleoduto piloto do Núcleo de Engenharia Térmica e Fluidos da Escola de Engenharia de São Carlos. / One of the main problems related to the transport and manipulation of multiphase flow is the existence of flow regimes and its strong influence on important parameters of operation. As an example of it occurs in gas-liquid chemical reactor in which maximum coefficients of reaction can be reached by keeping a maximal flow bubbly dispersed into a total interfacial area. Thus, the ability to identify flow regimes automatically is very important, specially in order to obtain a properly operation of multiphase systems. This work consists in the development and implementation of a self-organizing neural networks specially for the problem of identification of regimes of two-phase flow air-water in horizontal pipe. The regimes recognized in horizontal pipe are six: estratified smooth, estratified wavy, estratified rugged, intermittent, bubbly and annular. The capacitive measures, variation of pressure of the piping and measure of flutuante pressure were considered as a starting point to be stored as associative standards in the neural networks. After, the phase of training of the neural networks consisted of an appropriate identification for the sinaptic coefficients from a representative set of tests. An architectural input-layer of 10 neurons was opted. Therefore a bigger amount of regimes than the ones usually required. The objective is to see if the neural network is able to find independently the six regimes already known, even having 10 neurons in the grid. This demonstrates the ability of the self-organizing maps neural network in identifying flow regimes in situations where one does not have previous knowledge of them. Simulations will be made to verify the performance of the neural network from experimental data collected in the pilot pipe-line of the Nucleus of Thermal Engineering and Fluids of the School of Engineering of São Carlos.

A inserção de ar em escoamentos de altas velocidades ao longo de estruturas hidráulicas é uma técnica bastante eficiente para prevenir a cavitação. A sua importância é majorada quando se considera os custos econômicos e as questões de segurança que estão associadas à estabilidade de uma barragem. No presente trabalho são apresentados equacionamentos para quantificar a entrada de ar em vertedores através de aeradores de fundo. Essas equações foram obtidas utilizando princípios físicos de conservação de massa, energia e quantidade de movimento nos escoamentos de ar e água que ocorrem no aerador, permitindo organizar informações advindas de cada fase. Ressalta-se que buscou-se tornar o equacionamento independente da subpressão do jato, uma vez que esta subpressão é um parâmetro de difícil determinação a priori pelo projetista. Entretanto, toda formulação é direcionada justamente para melhor representar este parâmetro utilizando os princípios físicos clássicos e as variáveis decorrentes da sua utilização. Buscou-se a validação de modelos teóricos obtidos por meio de formulações baseadas nas leis de conservação de massa, quantidade de movimento e energia para aeradores de fundo. Neste contexto, comparam-se os resultados dos equacionamentos propostos e os dados experimentais encontrados na literatura, tendo se verificado boas correlações. Este tipo de quantificação essencialmente teórica de incorporação do ar em aeradores de fundo ainda é raro e o presente trabalho visa contribuir na validação de modelos com estas características. Adicionalmente, efetua-se a comparação com as equações empíricas e semi-empíricas encontradas na literatura. A experiência adquirida na área mostra que esta é a forma mais adequada de abordar o problema. / The introduction of air in flows around bottom aerators in spillways of dams is an efficient technique to prevent cavitation. Its importance is increased when one considers the costs involved and the safety issues that are associated with the stability of a large dam. Equations are presented in this study to quantify the air inlet through bed aerators in flows along spillways. The equations were obtained using the physical principles of conservation of mass, energy and momentum in both the flows of air and water in the aerator, allowing to organize the information obtained from each phase. It was possible to show the parameters that are relevant for quantifying the induced air flow in bed aerators. In addition, a comparison was conducted between the equations resulting from this analysis and empirical and semi-empirical expressions found in the literature. It is noteworthy to mention that one of the objectives of this study was to obtain a final equation independent of the relative pressure under the jet, since this low pressure is a parameter difficult to determine a priori by the designer. However, the entire formulation was directed precisely to better represent this parameter using the principles of classical physics and the variables arising from their use. The experience acquired in this area shows that this is the most appropriate way to address this problem.

A inserção de ar em escoamentos de altas velocidades ao longo de estruturas hidráulicas é uma técnica bastante eficiente para prevenir a cavitação. A sua importância é majorada quando se considera os custos econômicos e as questões de segurança que estão associadas à estabilidade de uma barragem. No presente trabalho são apresentados equacionamentos para quantificar a entrada de ar em vertedores através de aeradores de fundo. Essas equações foram obtidas utilizando princípios físicos de conservação de massa, energia e quantidade de movimento nos escoamentos de ar e água que ocorrem no aerador, permitindo organizar informações advindas de cada fase. Ressalta-se que buscou-se tornar o equacionamento independente da subpressão do jato, uma vez que esta subpressão é um parâmetro de difícil determinação a priori pelo projetista. Entretanto, toda formulação é direcionada justamente para melhor representar este parâmetro utilizando os princípios físicos clássicos e as variáveis decorrentes da sua utilização. Buscou-se a validação de modelos teóricos obtidos por meio de formulações baseadas nas leis de conservação de massa, quantidade de movimento e energia para aeradores de fundo. Neste contexto, comparam-se os resultados dos equacionamentos propostos e os dados experimentais encontrados na literatura, tendo se verificado boas correlações. Este tipo de quantificação essencialmente teórica de incorporação do ar em aeradores de fundo ainda é raro e o presente trabalho visa contribuir na validação de modelos com estas características. Adicionalmente, efetua-se a comparação com as equações empíricas e semi-empíricas encontradas na literatura. A experiência adquirida na área mostra que esta é a forma mais adequada de abordar o problema. / The introduction of air in flows around bottom aerators in spillways of dams is an efficient technique to prevent cavitation. Its importance is increased when one considers the costs involved and the safety issues that are associated with the stability of a large dam. Equations are presented in this study to quantify the air inlet through bed aerators in flows along spillways. The equations were obtained using the physical principles of conservation of mass, energy and momentum in both the flows of air and water in the aerator, allowing to organize the information obtained from each phase. It was possible to show the parameters that are relevant for quantifying the induced air flow in bed aerators. In addition, a comparison was conducted between the equations resulting from this analysis and empirical and semi-empirical expressions found in the literature. It is noteworthy to mention that one of the objectives of this study was to obtain a final equation independent of the relative pressure under the jet, since this low pressure is a parameter difficult to determine a priori by the designer. However, the entire formulation was directed precisely to better represent this parameter using the principles of classical physics and the variables arising from their use. The experience acquired in this area shows that this is the most appropriate way to address this problem.

Orientadores: Antonio Jose de Almeida Meirelles, Pedro de Alcantara Pessoa Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-14T08:10:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MonteiroFilho_EliasdeSouza.pdf: 12530059 bytes, checksum: 1e25eb71e0f6b6a45db80658070acd61 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: A proposta do presente trabalho foi estudar o equilíbrio de fases de sistemas binários e ternários formados por um polímero sintético de óxido de propileno (PO) ou de um co-polímero bloco de óxido de etileno (EO) e PO e/ou um carboidrato de glicose dissolvidos em água. No total 25 diagramas de equilíbrio líquido-líquido (ELL) foram determinados a temperaturas entre 288,15 e 308,15 K para sistemas ternários, 4 diagramas de ELL para sistemas binários e 9 conjuntos de dados de atividade de água para soluções aquosas binárias e ternárias de diversos dos reagentes estudados. Dos diagramas de ELL ternários, 18 são diagramas cujo oligossacarídeo é polidisperso. A polidispersão influencia significativamente no comportamento do sistema. A temperatura também foi adotada como variável em alguns casos. Os resultados obtidos contribuem para elucidar o comportamento em solução aquosa de co-polímeros bloco de EO e PO com diversas massas molares e relações entre os blocos, e de glicose, maltose ou diversos polímeros de glicose em uma faixa razoável de temperaturas. Estes polímeros são bastante pesquisados para uso em sistemas bi ou mesmo polifásicos para purificação de substâncias de origem biotecnológica. Diferentes tipos de diagramas foram observados, bem como comportamentos diversos da atividade de água. A modelagem termodinâmica foi realizada com base em diversas equações propostas e de uso corrente. Incorpora, ainda, o comportamento diferenciado devido à polidispersão e à temperatura. Os resultados indicam que um bom modelo termodinâmico é capaz não apenas de fornecer informações para controle de processos, mas também sobre as interações moleculares e, com isso, predizer o comportamento de sistemas mais complexos / Abstract: This work relates phase equilibrium of binary and ternary systems formed by aqueous mixtures of EO-PO block co-polymers of five different molar masses and EO/PO ratios, and maltodextrins of three different mean molar masses studied at 298.15 K. 25 Liquid-Liquid Equilibrium (LLE) phase diagrams for ternary systems at temperatures ranging from 288,15 to 308,15 K, plus 4 LLE diagrams for binary systems and 9 water activity data sets, were determined. Of the ternary systems, 18 contain a polydisperse carbohydrate, and this polidispersity influences markedly the system's behavior. Temperature was also investigated in some cases. The results obtained contribute to elucidate the behavior of water solutions containing EO-PO block co-polymers of various molar masses and blocks ratios and glucose, maltose or several glucose polymers in a reasonable temperature range. These polymers are investigated for applications in aqueous two-phase systems. Different kinds of diagrams were observed, as well as water activity reductions. Thermodynamic modeling was performed employing current models. Also, polydispersity and temperature effects were incorporated. The results indicate that a good thermodynamic model is capable of not only provide information for process control purposes, but also about molecular interaction and predict the behavior of more complex systems / Universidade Estadual de Campi / Engenharia de Alimentos / Doutor em Engenharia de Alimentos

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:36:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marcos Roberto de Castro.pdf: 4644159 bytes, checksum: f40f63d43113b21cb1a927d0acc6160b (MD5) Previous issue date: 2012-01-27 / In this work it was analyzed a dual phase steel concerning its mechanical properties, the microstructure and its performance comparing with micro alloyed steel. These steels have the potential to achieve cost and weight savings while improving performance. The trend for the use of AHSS (Advanced high strength steels) in automotive industry has grown in the last decades in an exponential way and has encouraged researches around the world to study processes that enhance the characteristics of actual steel, in order to optimize weight for fuel economy and structural stiffness in safety. This work analyzed the DP 800 steel (1.2 mm thickness) as a potential replacement for steel HSLA (micro alloyed steel) HX 260 PD (1.5 mm thickness) as a component of a vehicle body production. This replacement allowed 20% mass reduction of the vehicle. It was studied the following characteristics: processing, chemical composition, microstructure and mechanical properties. For microstructure analysis has been used optical. The chemical element analysis was made by an optical emission spectrometer instrument. Tensile tests were made in both materials. The obtained mechanical values were the input to the CAE software: simulation of stamping and virtual crash test. With the results of the tests and simulations were able to evaluate the feasibility of replacing steel micro alloyed steel for dual phase steel. Dual phase steel showed similar formability and service performance (structural integrity in the crash test simulation). / Neste trabalho foi analisado um aço conhecido comercialmente por dual phase, compreendendo a obtenção deste tipo de aço, suas propriedades mecânicas, a relação entre sua microestrutura e seu desempenho e um comparativo com um aço microligado. Comparados aos aços convencionais, os aços bifásicos, em virtude do melhor desempenho em serviço, podem proporcionar redução de peso e consequentemente de custo nos componentes. O trabalho analisou o aço DP 800 (espessura = 1,2 mm) como potencial material em substituição a um aço microligado H260 PD (espessura = 1,5 mm) em um componente estampado de carroceria de um veiculo em produção. Esta troca possibilitou a redução de 20% de massa da peça. Foram estudadas as seguintes características: processamento, composição química, microestrutura e propriedades mecânicas. Para análise micro estrutural foi utilizada microscopia óptica. A caracterização química foi feita por meio de um espectrômetro de emissão óptica. Foram feitos ensaios de tração nos dois materiais em estudo. O ensaio de tração serviu para a obtenção de curvas tensão-deformação cujos valores alimentaram softwares de CAE visando simulação de estampagem e crash-test virtual. Com os resultados dos ensaios e das simulações foi possível verificar a viabilidade da substituição do aço microligado pelo aço bifásico (dual phase). O aço bifásico apresentou similar conformabilidade e desempenho em serviço (integridade estrutural na simulação do teste de impacto frontal).

O desenvolvimento dos veículos atuais vem sendo impulsionado pela necessidade de redução de massa associada com o aumento da segurança para os passageiros. Na procura de novos materiais e processos para atender estas exigências, os aços bifásicos ferrítico-martensíticos ou DP vêm se destacando entre os aços avançados de alta resistência (AHSS), por apresentar elevada resistência mecânica e boa ductilidade. Da mesma forma, a soldagem a laser vem se mostrando promissora para junção desta classe de materiais. Este processo permite unir os aços DP com boa qualidade metalúrgica sem significativas distorções dimensionais. Embora os aços DP apresentem boa soldabilidade, um amolecimento localizado na zona afetada pelo calor (ZAC) também é observado, especialmente no aço DP1000, que apresenta elevada fração de martensita. Desta forma, esta Tese propõe a soldagem a laser do aço DP1000 de espessura 1,80 mm, seguida de uma sistemática caracterização microestrutural, visando a produção de juntas soldadas suficientemente resistentes. Para isto, foram produzidos cordões numa chapa de aço DP1000, variando a potência nominal de soldagem entre 0,4 e 2,0 kW e a velocidade de soldagem entre 20 e 150 mm/s. A caracterização microestrutural foi conduzida com o auxílio das técnicas de microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios X (DRX) e difração de elétrons retroespalhados (EBSD). As juntas soldadas mais representativas foram submetidas a ensaios de dureza Vickers e tração uniaxial. Os resultados mostram que é possível produzir juntas soldadas resistentes no aço DP1000. Todavia, é fundamental que a combinação de parâmetros gere soldas com penetração total e mínima largura de ZAC, limitando a quantidade de amolecimento da martensita prévia e a fração volumétrica de austenita retida. Na presente Tese, os melhores resultados foram obtidos para uma potência de 2,0 kW e velocidade de 150 mm/s. / The development of modern vehicles has been driven by the need of mass reduction associated with the increase of the safety of passengers. In the search for new materials and processes to meet these requirements, ferritic-martensitic dual-phase (DP) steels are potential candidates among advanced high-strength steels (AHSS), because of their high mechanical strength and good ductility. In that sense, laser beam welding has been shown promising for joining this class of materials. This process allows joining DP steels with good metallurgical quality without large dimensional distortions. Although DP steels show good weldability, a localized softening in the heat affected zone (HAZ) is also observed, especially in DP1000 steel which contains large amounts of martensite. Thus, laser beam welding has been performed in DP1000 steel with thickness of 1.80 mm, followed by a systematic microstructural characterization, aiming at the production of resistant welded joints. For this, bead-on-plate welds were carried out in DP1000 steel, varying the welding power between 0.4 and 2.0 kW and the welding speed between 20 and 150 mm/s. The microstructural characterization was conducted with the aid of light optical microscopy (LOM), scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), and electron backscattered diffraction (EBSD). The most representative welded joints were tested for Vickers hardness and uniaxial tensile test. Results show that it is possible to produce sound and resistant welded joints in DP1000 steel. However, it is critical that the combination of parameters allows the obtainment of welds with full penetration and minimum HAZ width, limiting the amount of softening of prior martensite and the volume fraction of retained austenite. In the present Thesis, this was achieved using a power of 2.0 kW and a welding speed of 150 mm/s.

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-10-24T12:40:05Z No. of bitstreams: 1 filipefernandesdepaula.pdf: 19865574 bytes, checksum: dfebb62a2a39cd7c70ab5c775d5441ce (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-11-23T12:10:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 filipefernandesdepaula.pdf: 19865574 bytes, checksum: dfebb62a2a39cd7c70ab5c775d5441ce (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-23T12:10:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 filipefernandesdepaula.pdf: 19865574 bytes, checksum: dfebb62a2a39cd7c70ab5c775d5441ce (MD5) Previous issue date: 2018-09-12 / O desenvolvimento de técnicas adequadas para extração eficiente de óleo de reservatórios de petróleo passa pela simulação precisa de tais fenômenos, que é alcançada através do estudo de modelos matemáticos e métodos computacionais robustos, eficientes e precisos. Neste contexto, este trabalho visa o estudo de métodos numéricos para a simulação de escoamentos bifásicos em meios porosos heterogêneos. Para tanto, propomos uma abordagem numérica do tipo staggered para estes modelos, que se baseia na aproximação de forma desacoplada dos sistemas de equações diferenciais parciais referentes aos problemas de Darcy e da saturação das fases. Dessa forma, podem ser empregados métodos numéricos específicos para cada sistema, que melhor se adequem às suas caractrerísticas. Assim, propomos o estudo de métodos de elementos finitos mistos, estáveis e estabilizados, clássicos e híbridos e localmente conservativos para o cômputo da velocidade da mistura e de um método de volumes finitos não-oscilatório de alta ordem, baseado em esquemas centrais, para a equação hiperbólica não-linear que governa o transporte da saturação das fases. Resultados numéricos comprovam a flexibilidade, a taxa de convergência e o custo computacional dos métodos adotados, além de demonstrar a eficácia dos métodos quando aplicados a simulação de problemas associados a extração de petróleo em cenários fortemente heterogêneos. / The development of techniques for efficient oil extraction from reservoirs passes through the simulation of such phenomena, which is achieved by the study of mathematical models and robust, precise and efficient computational methods. This dissertation studies methods for the simulation of two-phase flows in heterogeneous porous media. To do so, we propose a “staggered” numerical approach for the numerical methods, that is based on the approximation of uncoupled systems of differential equations related to Darcy’s problems and saturation of the phases. Then, appropriate methods for each system, that best suit its characteristics can be applied. Therefore, we propose studying locally conservative finite element methods, stable and stabilized, classical and hybrid to approximate the velocity field and a non-oscillatory high order finite volume method, based on central schemes, to approximate the non-linear hyperbolic equation that governs the transport of phases. Numerical results attest to the flexibility, convergence rate and computational cost of the adopted methods, and demonstrate the effectiveness of such methods when applied to oil extraction in various heterogeneous porous media scenarios.

Submitted by Pedro Barros (pedro.silvabarros@ufpe.br) on 2018-09-21T19:43:58Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Fernando Raul Licapa Contreras.pdf: 6260685 bytes, checksum: d6d66a2bde6c2b142b3b9f666d333f4e (MD5) / Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-09-24T23:13:56Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Fernando Raul Licapa Contreras.pdf: 6260685 bytes, checksum: d6d66a2bde6c2b142b3b9f666d333f4e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-24T23:13:56Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Fernando Raul Licapa Contreras.pdf: 6260685 bytes, checksum: d6d66a2bde6c2b142b3b9f666d333f4e (MD5) Previous issue date: 2017-01-10 / FACEPE / No presente trabalho apresentamos formulações numéricas para a discretização de um modelo matemático que descreve o escoamento bifásico de água e óleo em reservatórios de petróleo heterogêneos e anisotrópicos. Estas equações são resolvidas através da metodologia IMPES (Implicit Pressure Explicit Saturation) que é, em particular, um método segregado para tratar escoamento bifásico (água-óleo) em que, o campo de pressão é obtida implicitamente e o campo de saturação é obtida explicitamente. Para resolver a equação de pressão propormos formulações numéricas baseadas no método de volumes finitos lineares (a saber: MPFA-HD e MPFA-H) e no método de volumes finitos não lineares (a saber: NLFV-PP e NLFV-DMP), estas formulações em geral lidam com meios altamente heterogêneos e anisotrópicos sobre malhas poligonais em geral. De outra parte, neste trabalho são estudadas as varias propriedades numéricas que satisfazem as formulações numéricas propostas. Além disso, no caso do método não linear que satisfaz o principio do máximo discreto (DMP), mostramos que este possui um estêncil pequeno desde que os pontos de interpolação sejam calculados a partir dos pontos harmônicos. Para resolver a equação de saturação, utilizamos um método multidimensional nomeada MOOD (Multi-dimensional Optimal Order Detection), esta método é baseada numa discretização espacial de alta ordem com procedimento de limitação a posteriori das variáveis de estado (i. e. saturação) não físicos. Em cada volume de controle o grau polinomial ótimo é determinado para construir uma aproximação das soluções respeitando o principio do máximo discreto. Mediante um processo iterativo o grau polinomial é reduzido quando o volume de controle em questão não satisfaz as condições de estabilidade. Neste método, uma estratégia baseada na Técnica de Mínimos Quadrados é usada para a reconstrução polinomial. Todos métodos propostos são localmente conservativos, e todas as incógnitas são completamente centradas nos volumes de controle, e possuem a habilidade de representar reservatórios com propriedades geológicas complexas utilizando malhas poligonais quaisquer. O desempenho dessas foi avaliado a partir da solução de problemas relevantes encontrados na literatura. / In the present work we present numerical formulations for the discretization of a mathematical models that describes the two-phase flow of water and oil in heterogenous and anisotropic oil reservoirs. These equations are solved through Implicit Pressure Explicit Saturation (IMPES) methodology which is in particular a segregated method to treat two-phase (water-oil) flow in which the pressure field is implicitly obtained and the saturation field is obtained explicitly. In order to solve the pressure equation we propose numerical formulations based on the finite linear volume method (MPFA-HD and MPFA-H) and non-linear finite volume method (NLFV-PP and NLFV-DMP). Formulations generally deal with highly heterogeneous and anisotropic media over polygonal meshes in general. On the other hand, in this work the numerical properties that satisfy the proposed numerical formulations are studied. In addition, in the case of the non-linear method that satisfies the discrete maximum principle (DMP), we show that it has a small stencil since the interpolation points are calculated from the harmonic points. To solve the saturation equation, we use a multidimensional method named MOOD (Multidimensional Optimal Order Detection), this method is based on a high order spatial discretization with a posteriori limitation procedure of the non-physical state variables (saturation). In each control volume the optimum polynomial degree is determined to construct an approximation of the solutions respecting the discrete maximum principle. By means of an iterative process the polynomial degree is reduced when the control volume in question does not satisfy the stability conditions. In this method, a strategy based on the Least Squares technique is used for polynomial reconstruction. All proposed methods are locally conservative, and all unknowns are completely centered on control volumes, and have the ability to represent reservoirs with complex geological properties using any polygonal meshes. The performance of these was evaluated from the solution of relevant problems found in the literature.

Orientador: Mário Noboru Tamashiro / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-26T19:25:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Braga_FilipeLeoncio_D.pdf: 3256250 bytes, checksum: 73d43bfd44605cb6f23213feb8aeedf9 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Modelos termo-estatísticos que tentam reproduzir o comportamento de soluções aquosas de polímeros foram amplamente estudados ao longo dos anos. Entretanto, o número de trabalhos relacionados a sistemas aquosos contendo polímeros e sais adicionados ainda é bem restrito. Na tese desenvolvida, abordamos através de uma modelagem de Flory-Huggins a formação de sistemas aquosos bifásicos contendo cadeias poliméricas longas de polietileno-glicol em misturas contendo sais inorgânicos monovalentes. Dentro da modelagem, a competição entre a formação de ligações de hidrogênio por parte das moléculas de água e os monômeros da cadeia polimérica, além das interações íon-dipolo entre água e os íons dos sais dissociados, desempenham papel fundamental na formação das configurações de equilíbrio. Através de ajustes numéricos de dados experimentais, para cada tipo de sal introduzido na mistura, com previsões do modelo para as menores temperaturas para a formação das duas fases, as chamadas Cloud Point Temperatures (CPT), encontramos um conjunto de quatro parâmetros de interação que possibilitam a reprodução adequada do comportamento contínuo das CPT's em função das concentrações dos solutos / Abstract: Thermal-statistical models that try to reproduce the behavior of aqueous polymer solutions have been extensively studied over the years. However, the number of articles related to aqueous systems containing polymers and added salts is still very restricted. Across the developed thesis, we work with a Flory-Huggins theory to model the formation of aqueous two-phase systems containing long-polymer chains of polyethylene-glycol in mixtures containing monovalent inorganic salts. Within the model, the competition between the hydrogen-bond formation between water molecules and the monomers of the polymer chain, in addition to the ion-dipole interactions between water and the dissociated salt ions play a key role in shaping equilibrium configurations. Through numerical fits of experimental data for each type of salt introduced into the mixture with model predictions for the lowest temperatures for the formation of two phases, so-called Cloud Point Temperature (CPT), we find a set of four parameters of interaction that enable proper representation of the continuous behavior of CPT's as a function of the solutes concentration / Doutorado / Física / Doutor em Ciências