IBP, FINEP, ANP / A caracterização de escoamentos bifásicos em golfadas é de grande valia para o monitoramento e controle de processos industriais em que ele ocorre. Neste cenário, o presente trabalho tem como objetivo utilizar técnicas de ultrassom, wire-mesh e filmagem de alta velocidade, para obter parâmetros que permitam a caracterização do fenômeno. Os dados experimentais foram obtidos em uma planta de testes, onde foi gerado um escoamento bifásico horizontal água-ar, no padrão em golfadas, em uma linha de 9 m de comprimento e 26 mm de diâmetro. Os dados adquiridos por ultrassom e wire-mesh foram tratados para obter informações de fração de vazio e de velocidade da bolha. Para auxiliar a análise, foram utilizadas outras técnicas como filmagens de alta velocidade e modelos mecânicos conhecidos na literatura. / Characterization of two-phase flows is important for monitoring and control of many industrial processes. In this regard, the proposed paper uses ultrasonic techniques, wire-mesh sensor and high-speed videometry to extract parameters of interest in horizontal gas-liquid two-phase slug flows. The experimental data were obtained from a test rig, where two- phase flow was generated in a horizontal line of 9 meters in length and 26mm in diameter. The ultrasound and wire-mesh data were processed to obtain parameters for characterizing the two-phase slug flow, such as void fraction and the elongated bubble velocity. To assist the analysis, other techniques such as high speed image acquisitions and theoretical models well know in the literature were used.

CNPq / Escoamentos bifásicos gás-líquido ocorrem em diversas atividades industriais, como, por exemplo, na exploração e produção de petróleo onde gás e óleo escoam simultaneamente em uma tubulação. Em muitas situações, as condições de eficiência e segurança dos equipamentos e processos onde ocorrem são influenciadas por este tipo de escoamento. Desta forma, extrair características e parâmetros destes padrões a partir de observações e medições experimentais é de grande importância, permitindo o estudo dos fenômenos e, podendo ser utilizada na otimização dos processos envolvidos. Em especial, neste trabalho focou-se no escoamento bifásico em regime intermitente o qual é comumente encontrado na indústria e ainda necessita de investigação. Foi utilizada a técnica conhecida como sensor de malha de eletrodos (wire-mesh) de configuração 8 x 8 eletrodos a qual produz imagens da distribuição das fases na seção transversal de uma tubulação. Com base nos dados brutos do sensor foram desenvolvidas diferentes técnicas de visualização e processamento dos dados a fim extrair características e parâmetros do escoamento intermitente. As técnicas desenvolvidas basearam-se em métodos de processamento de imagens como segmentação e filtragem. Foram realizados testes experimentais com escoamento em uma linha de testes horizontal com 9,2 m de comprimento de 26 mm de diâmetro interno, onde escoamento com diversas condições operacionais foram gerados e analisados. As técnicas desenvolvidas foram validadas através de comparações com filmagem em alta velocidade e com modelos mecanísticos empíricos disponíveis na literatura, apresentando boa concordância com valores de referência. A principal contribuição do trabalho é a disponibilização de um software para visualização e processamento de dados do sensor wire-mesh, o qual pode ser utilizado para estudos posteriores de escoamentos bifásicos. Trabalho desevolvido com bolsa de estudo concedida pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). / Gas-liquid two-phase flows occur in different industrial activities, such as in oil production and exploration where gas and oil flow simultaneously in pipe. Two-phase flow determines in many situations the conditions of efficiency and safety of equipment and processes where they occur. Thus, extracting the flow characteristics and parameters from observations and experimental measurements is of great importance, allowing the study of phenomena and therefore leading to the optimization of the process involved. In particular, this work focused on the two-phase flow under intermittent flow regime which is commonly found in the industry and still needs investigation. A flow measurement technique known as wire-mesh sensor was applied with 8 x 8 electrodes configuration which produces images of the distribution of phases in the pipe cross section. Based on raw data from the sensor different visualization and data processing techniques were developed in order to extract features and parameters of intermittent flow. The techniques developed were based on methods of image processing such as segmentation and filtering. Experiments were performed in a horizontal experimental test facility with 9.2 m length of 26 mm inner diameter, whereby several operating conditions were generated and analyzed. The techniques developed have been validated through comparisons with high-speed camera and empirical mechanistic models available in the literature showing good agreement with reference values. The main contribution of this work is the development of a software for visualization and processing of wire-mesh sensor data, which may be employed for further two-phase flow studies.

IBP, FINEP, ANP / A caracterização de escoamentos bifásicos em golfadas é de grande valia para o monitoramento e controle de processos industriais em que ele ocorre. Neste cenário, o presente trabalho tem como objetivo utilizar técnicas de ultrassom, wire-mesh e filmagem de alta velocidade, para obter parâmetros que permitam a caracterização do fenômeno. Os dados experimentais foram obtidos em uma planta de testes, onde foi gerado um escoamento bifásico horizontal água-ar, no padrão em golfadas, em uma linha de 9 m de comprimento e 26 mm de diâmetro. Os dados adquiridos por ultrassom e wire-mesh foram tratados para obter informações de fração de vazio e de velocidade da bolha. Para auxiliar a análise, foram utilizadas outras técnicas como filmagens de alta velocidade e modelos mecânicos conhecidos na literatura. / Characterization of two-phase flows is important for monitoring and control of many industrial processes. In this regard, the proposed paper uses ultrasonic techniques, wire-mesh sensor and high-speed videometry to extract parameters of interest in horizontal gas-liquid two-phase slug flows. The experimental data were obtained from a test rig, where two- phase flow was generated in a horizontal line of 9 meters in length and 26mm in diameter. The ultrasound and wire-mesh data were processed to obtain parameters for characterizing the two-phase slug flow, such as void fraction and the elongated bubble velocity. To assist the analysis, other techniques such as high speed image acquisitions and theoretical models well know in the literature were used.

CNPq / Escoamentos bifásicos gás-líquido ocorrem em diversas atividades industriais, como, por exemplo, na exploração e produção de petróleo onde gás e óleo escoam simultaneamente em uma tubulação. Em muitas situações, as condições de eficiência e segurança dos equipamentos e processos onde ocorrem são influenciadas por este tipo de escoamento. Desta forma, extrair características e parâmetros destes padrões a partir de observações e medições experimentais é de grande importância, permitindo o estudo dos fenômenos e, podendo ser utilizada na otimização dos processos envolvidos. Em especial, neste trabalho focou-se no escoamento bifásico em regime intermitente o qual é comumente encontrado na indústria e ainda necessita de investigação. Foi utilizada a técnica conhecida como sensor de malha de eletrodos (wire-mesh) de configuração 8 x 8 eletrodos a qual produz imagens da distribuição das fases na seção transversal de uma tubulação. Com base nos dados brutos do sensor foram desenvolvidas diferentes técnicas de visualização e processamento dos dados a fim extrair características e parâmetros do escoamento intermitente. As técnicas desenvolvidas basearam-se em métodos de processamento de imagens como segmentação e filtragem. Foram realizados testes experimentais com escoamento em uma linha de testes horizontal com 9,2 m de comprimento de 26 mm de diâmetro interno, onde escoamento com diversas condições operacionais foram gerados e analisados. As técnicas desenvolvidas foram validadas através de comparações com filmagem em alta velocidade e com modelos mecanísticos empíricos disponíveis na literatura, apresentando boa concordância com valores de referência. A principal contribuição do trabalho é a disponibilização de um software para visualização e processamento de dados do sensor wire-mesh, o qual pode ser utilizado para estudos posteriores de escoamentos bifásicos. Trabalho desevolvido com bolsa de estudo concedida pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). / Gas-liquid two-phase flows occur in different industrial activities, such as in oil production and exploration where gas and oil flow simultaneously in pipe. Two-phase flow determines in many situations the conditions of efficiency and safety of equipment and processes where they occur. Thus, extracting the flow characteristics and parameters from observations and experimental measurements is of great importance, allowing the study of phenomena and therefore leading to the optimization of the process involved. In particular, this work focused on the two-phase flow under intermittent flow regime which is commonly found in the industry and still needs investigation. A flow measurement technique known as wire-mesh sensor was applied with 8 x 8 electrodes configuration which produces images of the distribution of phases in the pipe cross section. Based on raw data from the sensor different visualization and data processing techniques were developed in order to extract features and parameters of intermittent flow. The techniques developed were based on methods of image processing such as segmentation and filtering. Experiments were performed in a horizontal experimental test facility with 9.2 m length of 26 mm inner diameter, whereby several operating conditions were generated and analyzed. The techniques developed have been validated through comparisons with high-speed camera and empirical mechanistic models available in the literature showing good agreement with reference values. The main contribution of this work is the development of a software for visualization and processing of wire-mesh sensor data, which may be employed for further two-phase flow studies.

Submitted by Fernanda Rodrigues de Lima (fernanda.rlima@ufpe.br) on 2018-07-23T21:05:22Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Braian Schneider Brum.pdf: 15683511 bytes, checksum: 80e1652e52ac088c04dacdef6294de42 (MD5) / Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-07-24T18:17:55Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Braian Schneider Brum.pdf: 15683511 bytes, checksum: 80e1652e52ac088c04dacdef6294de42 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-24T18:17:55Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Braian Schneider Brum.pdf: 15683511 bytes, checksum: 80e1652e52ac088c04dacdef6294de42 (MD5) Previous issue date: 2017-01-31 / CNPQ / O problema do escoamento bifásico de água e óleo em reservatórios de petróleo heterogêneos e anisotrópicos pode ser descrito utilizando certas hipóteses simplificadoras, por um sistema de equações diferenciais parciais não-lineares, composto por uma equação elíptica da pressão e uma equação hiperbólica de saturação. A modelagem deste problema representa um grande desafio, devido à complexidade dos ambientes deposicionais, incluindo camadas inclinadas, canais, fraturas e a possível existência de poços direcionais. Nesses casos, é particularmente complexo construir malhas estruturadas capazes de modelar o problema físico adequadamente. Esta dissertação tem como objetivo a modelagem numérica do escoamento bifásico em reser-vatórios naturalmente fraturados (RNF). Para isso, são apresentadas duas formulações pelo Método de Volumes Finitos (MVF) centrado na célula para a solução da equação de pressão: a primeira utiliza uma Aproximação de Fluxo por Dois Pontos (TPFA) em conjunto com multi-plicadores de transmissibilidade, e a segunda, capaz de lidar com tensores de permeabilidade completos e malhas poligonais, utiliza uma Aproximação do Fluxo por Múltiplos Pontos (MPFA-O) acoplada ao Modelo de Fraturas com Dimensão Reduzida (Lower-Dimensional Fracture Model - LDFM). O problema hiperbólico da saturação é resolvido pelo método de ponderação a montante de primeira ordem (First Order Upwind Method - FOUM) com duas formulações, uma explícita e outra implícita. A abordagem LDFM é eficiente quando compa-rada a outras estratégias apresentadas na literatura, e faz uso de uma equação adicional associ-ada à fratura que é tratada como uma entidade geométrica com dimensão inferior à do problema original, ou seja, para problemas em 3-D uma fratura é representada por superfícies (2-D) e para problemas em 2-D a fratura tem apenas uma dimensão no espaço. Isso reduz considera-velmente o número de graus de liberdade do sistema. Para isso, a malha deve ser ajustada à distribuição das fraturas no domínio computacional, de modo que essas fraturas são associadas às superfícies de controle, representadas pelas arestas dos volumes finitos em 2-D. É importante observar, que o campo de velocidades nas superfícies de controle que coincidem com as fraturas é dependente, tanto das pressões nas fraturas, quando das pressões nos volumes de controle que representam a rocha matriz e que compartilham os mesmos vértices da respectiva superfície de controle. A acurácia da formulação proposta foi verificada através da resolução de alguns pro-blemas envolvendo meio fraturado, incluindo barreiras e canais. / The problem of two phase flow of oil and water in heterogeneous and anisotropic oil reservoirs can be described using certain simplifying hypotheses by a system of nonlinear partial differential equations, composed by an elliptic equation of pressure and a hyperbolic equation of saturation. The modeling of this problem represents a major challenge due to the complexity of the depositional environments, including inclined layers, channels, fractures and the possible existence of directional wells. In such cases, it is particularly complex to construct structured meshes capable of properly modeling the physical problem. This dissertation aims to model one of these complex structures, naturally fractured reservoirs (NFR). For this, are presented two formulations with Finite Volume Method (FVM), cell-centered, for the solution of the pressure equation: the first one using a Two-Point Flux Aproximation (TPFA) in conjunction with transmissibility multipliers; and the second formulation using the Multi-Point Flux Aproximation (MPFA-O), which can deal with full permeability tensors and arbitrary polygonal meshes, coupled with a Lower-Dimensional Fracture Model (LDFM). The hyperbolic problem of saturation is solved with First Order Upwind Method (FOUM) with two formulations, one explicit and another implicit. The LDFM approach is effective when compared to other strategies in the literature, and makes use of an additional equation associated to the fracture, that is treated as a geometric entity with a smaller dimension than the original problem, in other words, for 3-D problems a fracture is represented by surfaces (2-D) and for 2-D problems the fracture has only one dimension in space. This considerably reduces the number of degrees of freedom of the system. For this, the mesh must be adjusted to the distribution of fractures in the computational domain, when these fractures are associated to the control surfaces, represented by the edges of the finite volumes in 2-D. It is important to note that the velocity field on the control surfaces that coincide with the fractures is dependent, both pressures in the fractures and in the control volumes, which represent the matrix rock and which share the same vertices of the respective control surface. The accuracy of the proposed formulation was verified by solving some problems involving a fractured matrix, including barriers and channels.

Submitted by Pedro Barros (pedro.silvabarros@ufpe.br) on 2018-08-09T19:52:38Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Lorena Monteiro Cavalcanti Barbosa.pdf: 3341810 bytes, checksum: a11f35c60c2f472119efa988b23f0f6f (MD5) / Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-08-15T22:28:30Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Lorena Monteiro Cavalcanti Barbosa.pdf: 3341810 bytes, checksum: a11f35c60c2f472119efa988b23f0f6f (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-15T22:28:30Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Lorena Monteiro Cavalcanti Barbosa.pdf: 3341810 bytes, checksum: a11f35c60c2f472119efa988b23f0f6f (MD5) Previous issue date: 2017-02-23 / Os métodos multiescala são capazes de fornecer soluções numéricas acuradas para as equações de fluxos em reservatórios de petróleo altamente heterogêneos, com custos computacionais consideravelmente baixos quando comparados ao custo da simulação diretamente na escala mais fina. Um desafio as metodologias multiescala, em particular ao Método de Volumes Finitos Multiescala (MsFVM), consiste na simulação do escoamento em meios muito anisotrópicos, ou em meios que apresentem regiões com elevados gradientes de permeabilidade (exemplo: meios fraturados e com barreiras), isto acontece devido à necessidade do desacoplamento nas fronteiras dos sub-domínios, ou seja, o uso das condições de contorno reduzidas para calcular os operadore multiescalas. Essas condições de contorno configuram-se no núcleo das metodologias multiescala, pois desacoplam os subproblemas, possibilitando a obtenção de soluções na escala mais fina, porém, por não considerarem os fluxos normais às fronteiras, geram problemas de conservação nestas regiões. No presente trabalho, apresentamos uma variante do método multiescala, denominado Método Iterativo Multiescala Modificado para Volume de Controle (I-MMVCM). O I-MMVCM elimina a necessidade de uso dos volumes fantasmas, melhorando a acurácia dos operadores multiescala, e consequentemente aumenta a eficiência do método. A pressão é calculada em cada volume da malha grossa primal, utilizando as pressões anteriormente calculadas pelo MsFVM como condições de contorno de Dirichlet. Para garantir conservação em todo o domínio utilizamos dois métodos de correção, que visam corrigir o fluxo na malha grossa primal. Adicionalmente, comparamos os resultados obtidos por dois Métodos de Volumes Finitos com Aproximação de Fluxo por Múltiplos Pontos (MPFA), o MPFA-O ou MPFA-TPS (Triangle Pressure Support) e o MPFA-FPS (Full Pressure Support). Para a solução do problema de saturação utilizamos o Método de Ponderação à Montante de Primeira Ordem (First Order Upwind Method - FOUM), método dos volumes finitos de alta ordem (Higher Order Finite Volume –HOFV) e um método de linhas de fluxos (Streamlines). Finalmente, o sistema de equações governantes é resolvido seguindo a estratégia IMPES (Implicit Pressure, Explicit Saturation). / The multiscale methods are cable to provide accurate numerical solutions for the flow equations in highly heterogeneous petroleum reservoirs, with considerably lower computational costs when compared to the computational cost of simulating directly on the fine scale. A challenge for multiscale methods, in particular for the Multiscale Finite Volume Method (MSFVM), consist in modeling flow in highly anisotropic oil reservoir, or in medium with high permeability gradients (eg fractured media and barriers), it happens due to necessity of the decoupling at the frontier of the sub-domains, thais is, the use of reduced boundary conditions for calculate the multiscale operator. These boundary conditions are the core of all multiscale methodologies, they uncouple the problem into smaller subproblems, making it possible to obtain solutions on the fine scale, but since they do not consider the flows normal to the boundaries, they break the mass conservation law in these regions. In the present work, we present a variant of the multiscale method called the Iterative Modified Multiscale Control Volume Method (I-MMVCM). The I-MMVCM eliminates the need to use ghost volumes, improving the accuracy of multiscale operators, therefore increasing the efficiency of the method. The pressure is calculated on each volume of the primal coarse mesh, using the pressures previously calculated by the MsFVM as Dirichlet boundary conditions. In order to reimpose conservation in the domain we use two correction methods, which are designed to correct the upscaling flow of the primal coarse mesh. In addition, we compared the results obtained by two Finite Volume Methods with Multi-Point Flow Approximation (MPFA), the MPFA-O or MPFA-TPS (Triangle Pressure Support) and MPFA-FPS (Full Pressure Support). To solve the transport problem we use the First Order Upwind Method (FOUM), high order finite volume method (HOFV) and the method of the streamlines. Finally, the system of governing equations is solved using the Implicit Pressure Explicit Saturation (IMPES) strategy.

Orientador: Luiz Felipe Mendes de Moura / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-16T05:56:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Biazussi_JorgeLuiz_M.pdf: 4897786 bytes, checksum: 407214ced9492976cb44ade6e24f677e (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Diferentes métodos para exploração dos óleos pesados surgiram nestes últimos anos. Um método que chamou a atenção da indústria foi o método que adiciona água ao escoamento, formando uma película lubrificante que facilita o escoamento deste óleo que pode escoar em diferentes padrões. O padrão considerado mais eficiente em relação à potencia requerida por vazão de óleo injetado é o padrão Core-Flow. Para a aplicação na indústria torna-se necessário o desenvolvimento de técnicas capazes de monitorar as condições do escoamento e a vazão de óleo. Somando técnicas de medida de fração volumétrica com técnicas de determinação da velocidade do fluido, pode-se desenvolver um método indireto capaz de estimar, entre outras coisas, a vazão de óleo. Sondas capacitivas utilizadas para medição de fração volumétrica apresentam potencial para determinação da espessura da película lubrificante de água em Core-Flow, bem como técnicas de visualização de escoamento com câmeras de filmagem rápida. Calculou-se a espessura da camada de água através de um programa desenvolvido em LabVIEW que analisa as imagens do escoamento. Realizou-se uma estimativa da velocidade média do óleo através da medição da velocidade da interface. A velocidade da interface foi calculada aplicando a técnica de correlação cruzada entre as imagens adquiridas do escoamento. Com estes parâmetros calculados, foi possível estimar o coeficiente de escorregamento entre as fases e calcular a vazão de óleo / Abstract: Different methods for exploitation of heavy oils have emerged in recent years. One method that caught the attention of industry was the method that adds water to form a lubricating film which facilitates the flow of oil. The flow pattern considered the most efficient in terms of frictional pressure gradient reduction factors is the core annular flow. For application in industry it is necessary to develop techniques to assess the flow conditions and the oil flow rate. Merging techniques for measuring volume fraction with those for determining the fluid velocity, it can be developed an indirect method to estimate, among other things, the oil flow rate. Capacitive probes used for measuring volume fraction have a great potential for determining the thickness of the lubricating film of water in core-annular flow, as well as visualization techniques with fast video cameras. We calculated the thickness of the water film through a program developed in LabVIEW that analyzes the images of the flow. The average velocity of the oil was estimated by measuring the speed of the interface. The speed of the interface was calculated using the cross-correlation technique. With these parameters calculated, it was possible to estimate the slip ratio between the phases and calculate the oil flow rate / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Ricardo Augusto Mazza / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-17T00:40:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GuillermoNavarro_JuanJose_M.pdf: 3419746 bytes, checksum: 4938a1fd57b3e5e404a4456f18b322a3 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O escoamento gás-líquido intermitente em golfadas de líquido é composto por uma sucessão de bolhas de gás alongadas e pistões de líquido, que interagem cinematicamente e dinamicamente à medida que viajam ao longo da tubulação. Essas interações produzem o caráter intermitente do escoamento fazendo com que o escoamento não seja periódico nem no tempo nem no espaço. Desta forma, modelar o escoamento padrão golfadas de líquido é um desafio aos pesquisadores. O presente trabalho tem como objetivo determinar as freqüências características/naturais da oscilação da velocidade do pistão e da pressão da bolha em escoamento padrão golfadas de líquido. O fenômeno oscilatório é estudado numericamente utilizando-se um modelo de seguimento dinâmico de pistões, no qual se obtém um sinal característico da evolução da velocidade de líquido e da pressão da bolha ao longo do tempo. Esses sinais são analisados utilizando-se a transformada de Hilbert-Huang para determinar as freqüências características. Também é proposta uma solução analítica aproximada para determinar as freqüências naturais de oscilação, sendo comparada com os resultados numéricos, determinando os limites da validade para a solução analítica aproximada. A solução analítica é obtida por meio de análise dimensional das principais grandezas envolvidas e a similaridade com sistemas massa-mola / Abstract: The slug flow pattern is described by a succession of liquid pistons trailed by elongated gas bubbles. One of the least known features of this specific flow pattern is the compressibility effect associated with the elongated gas bubble. In fact when the gas-liquid mixture is subjected to a pressure or velocity disturbance it is expected that the system, composed by liquid pistons trailed by elongated bubbles, oscillates. The objective of this work is to disclose the natural frequency modes of this system as a function of the flow properties including the lengths of the liquid piston and gas bubble, the bubble liquid holdup among others. The kinematical and dynamical interactions among the bubbles and the liquid pistons are modeled accordingly to the slug tracking model. A numerical and an analytical solution to this model are sought. The first one retains all non-linear terms and the frequency signal response is obtained using Hilbert-Huang transform. The second one is an approximated solution given by linearizing the slug tracking model to get an analytical solution to the frequency in terms of the slug flow properties. An analysis of the frequency spectra obtained from the analytical solution and from the Hilbert-Huang transformation is performed within the linear range of the model. Both techniques disclose that the gas pressure and the liquid piston velocity have time dependent frequencies / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Roger Josef Zemp, Paulo de Carvalho Tofani / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-29T06:10:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Navarro_MoysesAlberto_D.pdf: 5659553 bytes, checksum: 5053e728e8c53710ee79a2d3d789497c (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: A limitação do escoamento em contracorrente, ou inundação, fenômeno caracterizado pelo controle que um gás exerce no escoamento de um líquido em sentido contrário, desempenha papel importante em diversos equipamentos das engenharias química e mecânica (condensador de refluxo, colunas recheio, tubos de calor etc.). Mais recentemente, o fenômeno tem recebido atenção especial da área nuclear devido à sua influência no comportamento termo fluido dinâmico de um reator nuclear durante um acidente de perda de refrigerante. A maioria dos estudos experimentais e analíticos sobre a inundação foi executada em tubos verticais. Menor atenção por parte dos pesquisadores tem recebido as geometrias mais complexas como as constituídas por canais de escoamento anulares, com placas perfuradas e, especialmente, aqueles constituídos de tubos horizontal e inclinado conectados por uma curva, como a "perna quente" dos reatores nucleares refrigerados a água pressurizada (Pressurized Water Reactor - PWR). Para melhor subsidiar as análises deste fenômeno, foi conduzido no CDTN/CNEN uma série de experimentos em seções de teste em acrílico com a mesma forma geométrica da "perna quente" de um PWR. Nestes experimentos, o escoamento em contracorrente foi estabelecido com injeção de água pela extremidade superior da tubulação inclinada e de ar através da outra extremidade da seção. Com incursão gradual ascendente na velocidade do ar para níveis de injeção de água preestabelecidos, foram determinadas as velocidades de início de arraste da água pelo ar, de início de arraste total e, durante a redução gradativa da velocidade do ar, as velocidades dos fluidos relativas à fase de inundação, quando a penetração da água é controlada pelo escoamento do ar. Com o objetivo de se avaliar as influências das características geométricas do canal de escoamento, foram realizados experimentos com diferentes comprimentos horizontais e inclinados, inclinações do duto inclinado, alturas hidrostáticas acima da extremidade superior e diâmetros da seção de testes. Os resultados experimentais mostraram uma dependência do inicio do arraste com a taxa de injeção água e com as características geométricas da seção de testes. Para uma geometria defmida, na condição de inundação, os pontos experimentais seguem uma curva característica até o início do arraste total assim como, na redução da vazão de ar, até o retomo à precipitação total, que independente da taxa de água injetada. Variações (:t 20°) em tomo de 50° na inclinação pouco afetam o comportamento da curva de inundação. Foi constatado ainda que, para uma mesma velocidade de ar, o aumento do comprimento horizontal ou do inclinado da seção provoca o aumento do arraste de água. O levantamento das influências dos parâmetros geométricos da seção de testes no comportamento da inundação gerou uma nova correlação para o fenômeno / Abstract: The Countercurrent Flow Limitation (CCFL), or flooding, is characterized by the restraint imposed by a gas on a countercurrent liquid flow. The phenomenon plays important role in several equipment in the chemical and mechanical engineerings (reflux condensator, packed columns, heat pipes). More recently the phenomenon has received special attention by the nuclear area due to its influence in the thermal-hydraulic behavior of a nuclear reactor during a postulated loss of coolant accident. Most of the experimental and analytical studies about the flooding was performed in vertical ducts. The more complex geometries, such as annular channels, or channels with perforated plates and, especially, those which are constituted by a horizontal pipe connected to an inclined riser, as the hot leg of the Pressurized Water Reactors - PWR, have received little attention by the researchers. To subsidize the analyses of this phenomenon, experiments in test sections with the same geometric form of the hot leg of a PWR were carried in CDTN/CNEN. In these experiments, the countercurrent flow was established with water injection in the upper extremity of the inclined pipe associated to air injection through the other extremity of the test section. With ascending and gradual air flow rate, for specific water flow rates, the air velocities at the onset of flooding and at the onset of total water carryover were measured. During an air flow rate reduction phase, the relative fluids velocities in the flooding phase, when the water penetration is controlled by the air in countercurrent, were also determined. In order to evaluate the influence of the geometric characteristics of the test section, experiments with different horizontal and inclined lengths, inclinations of the inclined riser, water head above the upper extremity and diameters of the test section, were also performed. The experimental results showed that the onset of flooding is a complex function of water flow late injection and depends on the geometry of the test section. For a specific geometry, in the flooding condition, the experimental points follow a characteristic curve ITom the onset of the total carryover until the total water precipitation. These flooding curve was found to be independent of the injected water flow rate. The imposed variations (:t 20) around 50° in inclination of the inclined riser produced negligible effects in the flooding curve. It was also verified that, for a same air velocity, a longer horizontal or inclined length induces an increase in the carryover water. This study proposes a new flooding correlation considering the influence of the geometrical parameters / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Marco Aurelio Cremasco / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-09T06:13:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Castilho_GuilhermeJosede_M.pdf: 55720465 bytes, checksum: ff5e31cd4371ec0283beb9eec7df3f35 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Regimes gás-sólido têm inúmeras aplicações industriais, sendo empregados, por exemplo, em sistemas de transporte pneumático das partículas e em leito fluidizado. Nas últimas duas décadas notou-se a aplicação crescente do leito fluidizado circulante, principalmente para facilidades de geração de energia, como caldeira e reações catalíticas. No processo de craqueamento catalítico fluidizado (FCC), dentre os vários equipamentos que compõem uma unidade conversora, é no riser onde praticamente ocorrem todas as reações de craqueamento. Medidas de grandezas como concentração de sólidos são fundamentais para a compreensão da fluidodinâmica nestes reatores e é pré-requisito para o projeto técnico bem sucedido de sistemas de transporte pneumático. Dentre as várias técnicas utilizadas para medidas de grandezas básicas em sistemas particulados, a sonda de fibra óptica é relativamente simples, de alta precisão e utilizada em várias situações que envolvem o sistema fluido-partícula. Nesta Dissertação, a oncentração volumétrica dos sólidos é medida por meio de uma sonda de fibra óptica. A concentração volumétrica dos sólidos é tomada radialmente e em diversas posições axiais ao longo do riser sob diferentes condições de operação, na Unidade Multipropósito do Laboratório de Processos em Meios Porosos da Faculdade de Engenharia Química da Universidade Estadual de Campinas. Resultados mostram que a concentração volumétrica de sólidos é maior na parede em comparação ao centro do riser, para todas posições axiais, exceto para o ponto mais alto do reator, onde há a influência da região de saída do escoamento. Sobre a distribuição axial de de concentração, verificou-se que o escoamento é mais concentrado na parte inferior do equipamento e tende a ficar menos concentrado ao longo do reator. Através dos espectros de sinais obtidos pela sonda, pôde-se analisar as flutuações através da distribuição de probabilidade dos sinais e da distribuição do desvio padrão do sinal médio. Distribuições de probabilidade permitem identificar a presença de clusters em determinados pontos radiais, revelando que para as condições de mais concentradas, as flutuações são as maiores. As distribuições de desvio padrão apresentam picos, onde sugere maior interação entre as partículas / Abstract: Gas-solid systems have innumerable industrial applications, being used, for example, in the pneumatic conveying of particles and in fluidized bed. In the last two decades it was noticed increasing application of the circulating fluidized bed, mainly for easinesses of energy generation, as boilers and catalytic reactions. In the process of fluidized catalytic cracking (FCC), amongst some equipment that composes a converting unit, it is in riser where the cracking reactions practically occur at all. Measures as solid concentration are basic for the understanding of the fluidodynamic in these reactors and are prerequisite for the successful design of pneumatic transport systems. Amongst the several techniques used for measures in particulates systems, the optical-fiber probe is relatively simple, of high precision and used in some situations that involve fluid-particle system. In this Dissertation, the volumetric concentration of solids is measured by means of an optical-fiber probe. The volumetric concentration of solids is taken radially and in diverse axial positions throughout riser under different operation conditions, in the Multipurpose Unit of the Laboratory of Processes in Porous Means of the College of Chemical Engineering of the State University of Campinas. Results show that the volumetric solid concentration is bigger in the wall in comparison to the center of the riser, for all axial positions, except forthe highest point of the reactor, where it has the influence of the exit region of the flow. On the axial distribution of concentration, it was verified that the flow is more concentrated in the inferior part of the equipment. Through the electrical signs specters gotten by the probe, it could be analyzed the fluctuations through the distribution of probability of the signals and the distribution of the standard deviation of the average signal. The distribution of probability allows identifying the presence of clusters in determined radial points, disclosing that for the most concentrated conditions, the fluctuations are the greater. The distributions of the standard deviation present peaks, where it suggests greater interaction between particles / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestre em Engenharia Química