Orientador: Henry França Méier. / Co-orientador: Rodrigo Koerich Decker. / Dissertação (mestrado) - Universidade Regional Blumenau, Centro de Ciências Tecnológicas, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química.

Petrobrás / Tubos corrugados têm sido utilizados em vários cenários da engenharia como, por exemplo, em linhas flexíveis de transporte de petróleo no mar, onde sua instalação, manuseio e remoção, tornam o processo mais prático devido sua flexibilidade. Entretanto, escoamentos em tubos corrugados, em geral, estão sujeitos a um aumento da perda de carga, aumento da turbulência e a variações dos padrões de escoamento quando comparados ao escoamento normalmente observado em tubos de seção transversal constante. Nesse cenário, o presente trabalho apresenta um estudo numérico e experimental do escoamento turbulento em tubos corrugados com cavidades helicoidais para diferentes ângulos de hélice (ou passo) e números de Reynolds variando entre 7.500 e 100.000. O escoamento é modelado matematicamente a partir das equações de conservação da massa e do balanço da quantidade de movimento, considerando-se o fluido newtoniano e incompressível. Ao escoamento é aplicado o modelo de turbulência de duas equações Baseline Model. O sistema de equações resultante da modelagem matemática é discretizado utilizando o Método Numérico de Volumes Finitos baseado em Elementos (MVFbE), e resolvido através do programa computacional ANSYS-CFX. Para o estudo experimental, que concerne à medição do fator de atrito em geometrias equivalentes às estudadas numericamente, é realizado utilizando a bancada experimental já existente no LACIT/UTFPR. A partir dos resultados numéricos é proposta uma correlação para o fator de atrito, envolvendo parâmetros geométricos do tubo corrugado e número de Reynolds, com um desvio médio de 0,88%. Além disso, é estudada a influência da parede corrugada no comportamento de propriedades como os campos de velocidade, pressão, tensão e outras propriedades turbulentas. Da última análise, constatou-se que a mudança no padrão de escoamento próximo à cavidade é semelhante entre os aumentos do número de Reynolds e largura da cavidade, não apresentando mudanças qualitativas em respeito à variação do ângulo de hélice. / Corrugated pipes have been used in several branches in the engineering, e.g, in transport flex line of oil in sea, where its installation, handling and remotion, become the process more practice due its flexibility. However, flow in corrugated pipes, in general, are subjects to an increase of drop pressure, an increase in the turbulence and deviations in the flow pattern as compared to the flow usually observed in pipes with constant cross section. In this sense, the present work shows an study both numerically and experimental of turbulent flow in corrugated pipes with helical grooves for different helix angles (or pitch) and Reynolds numbers varying between 7.500 and 100.000. The flow is modeled mathematically by the mass conservation and momentum equations, assuming the fluid is Newtonian and incompressible. To the flow, is applied the turbulence model of two equations, Baseline Model. The system equations resulted from mathematical modelling is discretized by using the element-based finite-volume method approach, and solved through the ANSYS-CFX. For the experimental part, is measured the friction factor in geometries equivalent to those studied numerically, where is performed by using the experimental facilities located in the LACIT/UTFPR. With the experimental data and numerical results, an correlation for friction factor is proposed in function of the geometric parameters of the corrugated pipe and Reynolds number, with an average uncertainty 0.88%. Moreover, is studied the groove's influence in the behavior of properties like fields of pressure, velocity, and stresses among another turbulent parameters. From the last analysis, has shown that the flow pattern near to the grooves follows the same behavior when it increases the Reynolds number and the grooves width, not showing qualitative changes when the helix angle has been changed.

Petrobrás / Tubos corrugados têm sido utilizados em vários cenários da engenharia como, por exemplo, em linhas flexíveis de transporte de petróleo no mar, onde sua instalação, manuseio e remoção, tornam o processo mais prático devido sua flexibilidade. Entretanto, escoamentos em tubos corrugados, em geral, estão sujeitos a um aumento da perda de carga, aumento da turbulência e a variações dos padrões de escoamento quando comparados ao escoamento normalmente observado em tubos de seção transversal constante. Nesse cenário, o presente trabalho apresenta um estudo numérico e experimental do escoamento turbulento em tubos corrugados com cavidades helicoidais para diferentes ângulos de hélice (ou passo) e números de Reynolds variando entre 7.500 e 100.000. O escoamento é modelado matematicamente a partir das equações de conservação da massa e do balanço da quantidade de movimento, considerando-se o fluido newtoniano e incompressível. Ao escoamento é aplicado o modelo de turbulência de duas equações Baseline Model. O sistema de equações resultante da modelagem matemática é discretizado utilizando o Método Numérico de Volumes Finitos baseado em Elementos (MVFbE), e resolvido através do programa computacional ANSYS-CFX. Para o estudo experimental, que concerne à medição do fator de atrito em geometrias equivalentes às estudadas numericamente, é realizado utilizando a bancada experimental já existente no LACIT/UTFPR. A partir dos resultados numéricos é proposta uma correlação para o fator de atrito, envolvendo parâmetros geométricos do tubo corrugado e número de Reynolds, com um desvio médio de 0,88%. Além disso, é estudada a influência da parede corrugada no comportamento de propriedades como os campos de velocidade, pressão, tensão e outras propriedades turbulentas. Da última análise, constatou-se que a mudança no padrão de escoamento próximo à cavidade é semelhante entre os aumentos do número de Reynolds e largura da cavidade, não apresentando mudanças qualitativas em respeito à variação do ângulo de hélice. / Corrugated pipes have been used in several branches in the engineering, e.g, in transport flex line of oil in sea, where its installation, handling and remotion, become the process more practice due its flexibility. However, flow in corrugated pipes, in general, are subjects to an increase of drop pressure, an increase in the turbulence and deviations in the flow pattern as compared to the flow usually observed in pipes with constant cross section. In this sense, the present work shows an study both numerically and experimental of turbulent flow in corrugated pipes with helical grooves for different helix angles (or pitch) and Reynolds numbers varying between 7.500 and 100.000. The flow is modeled mathematically by the mass conservation and momentum equations, assuming the fluid is Newtonian and incompressible. To the flow, is applied the turbulence model of two equations, Baseline Model. The system equations resulted from mathematical modelling is discretized by using the element-based finite-volume method approach, and solved through the ANSYS-CFX. For the experimental part, is measured the friction factor in geometries equivalent to those studied numerically, where is performed by using the experimental facilities located in the LACIT/UTFPR. With the experimental data and numerical results, an correlation for friction factor is proposed in function of the geometric parameters of the corrugated pipe and Reynolds number, with an average uncertainty 0.88%. Moreover, is studied the groove's influence in the behavior of properties like fields of pressure, velocity, and stresses among another turbulent parameters. From the last analysis, has shown that the flow pattern near to the grooves follows the same behavior when it increases the Reynolds number and the grooves width, not showing qualitative changes when the helix angle has been changed.