Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T17:03:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 84476.pdf: 1991653 bytes, checksum: 34c9551dae45abb6fb9a80130fdc7ef0 (MD5) Previous issue date: 1991 / Uma formulação segregada para a solução numérica de problemas envolvendo o escoamento de fluídos em qualquer regime de velocidade é implementada em coordenadas generalizadas. A flexibilidade do modelo numérico é assegurada pela forma de linearização da equação de conservação da massa em que tanto as velocidades como as densidades são mantidas ativas. Diversos aspectos do processo de solução são analisados incluindo o arranjo de volumes de controle. Resultados para uma série de escoamentos sobre configurações de veículos lançadores são comparados com os obtidos por outras metodologias numéricas e com resultados experimentais. Algumas características dos métodos de solução simultânea como a forma delta e o processo de fatoração aproximada são analisadas e aplicadas aos métodos de solução segregada. Fica demonstrado que as diferenças observadas entre os resultados obtidos através da metodologia proposta no presente trabalho e os obtidos através de um esquema de solução simultânea se devem a forma como dissipação artificial é introduzida.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T19:02:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 96197.pdf: 4882053 bytes, checksum: 12060f8b1f5d1fc58caaa64b03a5876a (MD5) Previous issue date: 1994 / Análise da estabilidade hidrodinâmica de escoamentos radiais na região de transição entre o escoamento laminar e o turbulento. Visa o entendimento de mecanismos de transferência de calor e bifurcação entre padrões de escoamentos estáveis e instáveis. Adota-se a teoria linear da estabilidade hidrodinâmica e avalia-se a evolução temporal de perturbações no campo de velocidades. O método dos volumes finitos foi utilizado para a resolução das equações que regem os escoamentos envolvidos, bem como para as equações da estabilidade hidrodinâmica. Diversas formas de discretização numérica dos termos convectivos foram implementadas. Captou-se padrões transientes de escoamentos radiais, caracterizando bifurcação de Hopp. Detectou-se, pela primeira vez, padrões atípicos de transferência de calor que haviam sido verificados experimentalmente.

No presente trabalho, são discutidos alguns aspectos do escoamento em turbomáquinas radiais, com ênfase nas análises teórica e experimental de rotores centrífugos. Na análise teórica, utilizando o método das singularidades, são apresentadas duas formulações para o escoamento potencial e incompressível no interior de rotores centrífugos com pás de largura variável. Na primeira formulação, apropriada para pás de espessura finita, o escoamento no plano físico, para qualquer geometria de rotor de turbomáquina, é mapeado para o plano da grade linear. A solução numérica da equação de Fredholm de segunda espécie, resultante dessa formulação no plano da grade linear, é obtida pelo método dos painéis, através de uma distribuição de vórtices de densidade uniforme em cada painel. Por meio de uma equação de transformação de velocidades, as características do escoamento são reconduzidas para o plano físico. Na segunda formulação, apropriada para pás infinitamente finas, as características do escoamento são obtidas no próprio plano da grade radial. A solução numérica da equação de Fredholm de primeira espécie resultante dessa formulação é obtida também pelo método dos painéis, porém com uma distribuição de vórtices de densidade linear em cada painel. Diversas características locais e globais do escoamento são determinadas para vários formatos de pás. Baseando-se no carregamento da pá, propõe-se um parâmetro adimensional que determina o número ótimo de pás. Na análise experimental, foram construídos cinco rotores centrífugos com diferentes formatos e números de pás. Também, foi construída uma seção especial de testes para ensaios de rotores centrífugos sem interferência externa irregular no seu escoamento. Para a determinação das características do escoamento, foram utilizados dois sistemas de medidas: um, com uma sonda aerodinâmica localizada na saída do rotor centrífugo e, o outro, com uma célula de carga para a medição da potência de eixo desse rotor. A comparação entre os resultados obtidos por esses dois sistemas de medidas mostra algumas características importantes como o fenômeno da recirculação do escoamento no rotor centrífugo. Os resultados numéricos e experimentais são comparados para uma ampla faixa de vazões. Diversas análises dos resultados são apresentadas e alguns comentários são feitos sobre a validade da aplicação de teorias invíscidas em rotores centrífugos. Conclui-se que o critério baseado no número de Richardson máximo é apropriado para indicar o número ótimo de pás de rotores centrífugos com pás curvadas para trás, por meio do cálculo do escoamento potencial.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015 / Made available in DSpace on 2015-12-29T03:03:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 336508.pdf: 7700720 bytes, checksum: ca8d978347b029e8c911f7a051c5039f (MD5) Previous issue date: 2015 / Com a exploração de poços de óleo e gás em alto mar com reservatórios de alta pressão e altas temperaturas, os problemas associados com a transferência de calor tem se tornado de maior relevância. Os novos cenários de produção apresentam com frequência desafios relacionados à garantia do escoamento, perfuração, completação e recondicionamento do poço. O hidrocarboneto a altas temperaturas escoa pelo tubo de produção aquecendo toda a região adjacente. Como consequência do gradiente de temperatura radial observado, a pressão do fluido confinado nos anulares formados pela geometria do poço aumenta, levando ao cenário de falha do poço conhecido como Annular Pressure Build-up (APB). Este trabalho utiliza modelos de escoamento bifásico e transferência de calor para simular um poço de produção típico da região do pré-sal, e avaliar a transferência de calor e o aumento de pressão no anular. São utilizados modelos de escoamento de fases separadas e de padrões de escoamento para a solução do escoamento no interior do tubo de produção. As propriedades termodinâmicas e de transporte da mistura de hidrocarbonetos são calculadas utilizando o software Multiflash, em conjunto com as equações da conservação da quantidade de movimento e energia integradas através do método de Runge-Kutta de quarta ordem utilizando o software Matlab para determinar as frações de vazio pressão e temperatura locais. Um modelo de resistências térmicas é utilizado para resolver a transferência de calor na direção radial do poço, considerando as diversas camadas formadas pelo tubo de produção, revestimentos, camadas de cimento e as regiões anulares associadas. Condições de contorno são definidas com o gradiente geotérmico da formação rochosa e dados de temperatura e pressão na entrada do tubo de produção no fundo do poço. A formação rochosa adjacente ao poço é modelada de forma transiente através da simplificação da equação da difusão de forma a englobar o efeito de aquecimento do poço com o tempo de produção. Uma estimativa do aumento de pressão do anular é feita através da expansão do fluido confinado no anular, associado com um modelo estrutural de deformação das paredes do anular. Os resultados foram validados com dados experimentais de pressão e temperatura na cabeça do poço e no sensor de fundo de poço (PDG). Uma análise de possíveis causas e métodos de controle do APB foi feita.<br> / Abstract : Heat transfer issues in offshore wells have become more relevant in recent years with the exploration of high-pressure, high-temperature reservoirs. New production scenarios often present challenges related to flow assurance, well drilling, completion and workover. When the high-temperature reservoir fluid flows through the tubing string toward the wellhead, the entire borehole is heated. As a result of the radial temperature gradients, the fluid pressure in the sealed annular space between tubes increases, posing a well integrity failure scenario known as annular pressure build up (APB). This work addresses the use of two-phase flow and heat transfer models to simulate a typical pre-salt oil well, and evaluate the heat transfer and the annular pressure build up. Separate two-phase models and a flow-pattern-based model were used to solve the hydrocarbon fluid flow. The thermodynamic and transport properties of the hydrocarbon mixture were calculated using the Multiflash package and were solved together with the momentum and energy equations using the 4th order Runge-Kutta algorithm available in Matlab to determine the local vapor mass fraction and the equilibrium temperature. A thermal resistance network was used to model the heat transfer in the radial direction in the concentric multistring well geometry composed by the tubing, casing, cemented layers and associate annular regions. Boundary conditions were defined based on the geothermal gradient, the hydrocarbon flow rate and pressure at the bottomhole. The adjacent rock formation was modelled using a pseudo steady state approximation of the diffusion equation, considering the well heating along the production time. An estimate of the annular pressure build up was made considering the annular trapped fluid expansion coupled with a structural wall deformation model. Results were validated with pressure and temperature experimental data at the wellhead and permanent downhole gauge (PDG). An analysis of APB possible causes and control methods was made.