Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-09-26T17:18:12Z No. of bitstreams: 1 ENIVALDO SANTOS BARBOSA – TESE (PPGEP) 2011.pdf: 14587469 bytes, checksum: 427f6de191a79c41d2bb8c8b12fba569 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-26T17:18:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ENIVALDO SANTOS BARBOSA – TESE (PPGEP) 2011.pdf: 14587469 bytes, checksum: 427f6de191a79c41d2bb8c8b12fba569 (MD5) Previous issue date: 2011-08-26 / A indústria do petróleo tem se apoiado tradicionalmente na utilização de dispositivos separadores convencionais baseados no efeito da gravidade que, em geral, são volumosos e com tempo de residência elevado. Os hidrociclones vem sendo comumente usados na separação água/óleo pela indústria de petróleo, devido à elevada capacidade de processamento, baixo custo de manutenção e por exigirem pouco espaço para sua instalação. No entanto, tem-se observado a presença de areia e/ou gás durante a produção e transporte do petróleo. Daí surge a necessidade do desenvolvimento de tecnologias avançadas de separação areia/óleo/água/gás. Neste contexto,o presente trabalho, se propõe estudar o processo de separa¸c˜ao areia/água/gás de uma corrente de óleo utilizando um hidrociclone. As pesquisas foram desenvolvidas usando o pacote comercial ANSYS CFX 12. O modelo matemático usado considera escoamento tridimensional, turbulento, estacionário e é baseado na abordagem Euleriana-Euleriana, para os casos monofásico (água) e multifásico (água-óleo, areia- água - óleo, areia - água - óleo - gás). Foram avaliadas as influˆencias dos modelos de turbulência ( – , RNG – padrões e modificados, SST e RSM–SSG), dos aspectos geométricos e parâmetros físicos na previsão do comportamento do escoamento no hidrociclone. Resultados dos perfis de velocidade axial e tangencial, distribuições de velocidade, pressão e fração volumétrica das fases, eficiência de separação e queda de pressão são apresentados e analisados. Constatou-se o caráter tridimensional do escoamento e boa concordância dos resultados numéricos com dados experimentais da distribuição radial das componentes de velocidade tangencial e axial. O hidrociclone avaliado foi capaz de separar adequadamente a água, areia e gás da corrente de oleosa, com eficiência de remoção 33,07%, 92,52% e 3,81%, respectivamente, para uma vazão volumétrica da mistura tetrafásica de 8,5 m3/h, na entrada do hidrociclone. / The oil industry has traditionally been supported by the use of conventional separators devices based on the gravity effect which are generally bulky and provide high residence time. The hydrocyclone have been commonly used in oil-water separation by the oil industry due to high processing capacity, lower maintenance cost and minor physical space to installation. However has been observed the presence of sand and /or gas during oil production and transportation. For this reason, the need for developing of advanced technologies has strongly arisen, intending to separate sand/oil/water/gas. In this context, the present work aims to study the separation process of sand/water/gas from oil stream, using a hydrocyclone. The research were developed using the commercial package ANSYS CFX 12. The used threedimensional mathematical model considers turbulent and steady state flow and it is based on Eulerian-Eulerian approach for single-phase (water) and multiphase (wateroil, sand-water-oil, sand - water - oil - gas) cases. The influence of turbulence models ( – , RNG – standard and modified, SST and RSM–SSG), and geometric aspects of the physical parameters in predicting of flow behavior in the hydrocyclone were evaluated. Results of axial and tangential velocity profiles, tangential velocity, pressure and volumetric fraction distributions, separation efficiency and pressure drop are presented and analyzed. One can find the three-dimensional flow aspect and reasonable approximation of numerical results with experimental data of the radial distribution of tangential and axial velocity components. The evaluated hydrocyclone was able to separate adequately water, sand and gas from the oil flow with remotion efficiency of 33.07%, 92.52% and 3.81%, respectively, to a four-phase mixture and inlet volumetric flow rate of 8.5 m3/h in the hydrocyclone.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2016-03-18T12:33:39Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) tese versão final.pdf: 5433826 bytes, checksum: 6273fd08a4dea93aa7b331550a094b78 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-18T12:33:39Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) tese versão final.pdf: 5433826 bytes, checksum: 6273fd08a4dea93aa7b331550a094b78 (MD5) Previous issue date: 2015-08-28 / Este estudo baseia-se no problema apresentado em Meric et al. [25], que consiste na utilização da Análise de Ativação de Raios Gama Prontos Através de Nêutrons (PGNAA), para a determinação das frações em peso das principais substâncias que compõem um fluido multifásico[3] obtido em processos de extração de petróleo submarino. Esse método envolve um problema mal-posto e tem suscitado o desenvolvimento de diferentes abordagens para a sua resolução. Levando-se em consideração os espectros obtidos da PGNAA para as substâncias desse fluido, e ainda estudos recentes, foi desenvolvido neste trabalho um processo de geometrização cuja ideia central é arepre-sentação das fases(substâncias presentes no fluido) através de vértices de triângulos ou de tetraedros, respectivamente para o problema com três e quatro fases. Para tal, foi necessária a utilização de importantes conceitos e ferramentas matemáticas, como o método dos mínimos quadrados e a regularização de Tikhonov, com ênfase em suas características geométricas. Foi ainda desenvolvido um caso especial do método de regularização de Tikhonov: a Regularização Geométrica.Esta nova técnica baseia-se no processo de geometrização proposto e determina um modelo de referência para os casos com três e quatro fases, além de promover mudanças de escalas(normalização de dados) e otimização do condicionamento para todas as escolhas de intervalos de coordenadas. Como objetivo de realizar alguns testes para verificar a eficiência da regularização geométrica, foi gerada uma nova substância a partir das já existentes,como auxílio de alguns códigos computacionais. As soluções encontradas foram representadas graficamente (caso com três fases), juntamente com os espectros das substâncias.Por fim, foram determinados os limites do background para o caso com três fases, estabelecendo-se analiticamente uma previsão para sua localização. / This studyisbasedontheproblempresentedinMeric et al. [25], abouttheuseofPromptGamma- Ray NeutronActivationAnalysis(PGNAA)fordeterminingtheweightfractionsofamultiphase flow[3]obtainedinoffshoreoilextractionprocesses.Thismethodinvolvesanill-posedproblem and hasenabledthedevelopmentofdifferentapproachestoitsresolution.Basedbothonthespectra of substancesinthatfluidandrecentstudies,itwasdevelopmentinthisworkageometricprocess whose centralideaistorepresentthephases(substancespresentinthefluid)throughthevertices of trianglesortetrahedrons,respectivelytotheproblemwiththreeorfourphases.Tothisend,the use ofimportantmathematicalconcepsandtoolswereneeded,suchastheleastsquaresmethod and Tikhonovregularization,withemphasisonitsgeometriccharacteristics.Itwaspresenteda special caseofTikhonovregularizationmethod:theGeometricRegularization.Thisnewtechnique is basedontheproposedgeometricprocessanddeterminesareferencemodeltothecasesofthree and fourfases,aswellaspromotingscalechanging(datanormalization)andconditionnumber optimization forallcoordinaterangesofchoices.Inordertoperformsometeststoverifythe efficiencyofgeometricregularization,itwasgeneratedanewsubstancefromtheotherexisting, aided bysomecomputationalcodes.Thesolutionswereplotted(threephasecase)togetherwith spectra ofsubstances.Finally,thelimitsofbackgroundwerecalculatedtothethreephasescase, establishing apreviewforitslocation.

Orientadores: Milton Mori, Marcos Akira d'Avila / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-17T21:18:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_MarcelaKotsukada_D.pdf: 43160482 bytes, checksum: b46a2b0225fdad527404b8c745e2f23b (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Os principais problemas da simulação da fluidodinâmica em sistemas gás-líquido por CFD são as simplificações do comportamento dinâmico das bolhas. Na maioria dos processos industriais com escoamento gás-líquido em colunas de bolhas, as bolhas estão em velocidades altas e a coluna opera em regime heterogêneo. Existe ainda a influência da geometria do sistema e das propriedades físicas dos fluídos envolvidos no processo. Para que a técnica CFD seja aplicada adequadamente, visando aplicações industriais, é necessário considerar os fenômenos de quebra e coalescência. No entanto, existe uma carência de dados experimentais em tal regime de operação para testar a aplicabilidade dos modelos matemáticos empregados nas simulações. Neste trabalho é apresentado um estudo numérico e experimental de duas colunas de bolhas operando em regime heterogêneo. No primeiro caso, foram realizadas análises quanto a influência de diferentes modelos de arraste, além do emprego das forças interfaciais de sustentação e de dispersão turbulenta. Diferentes modelos de turbulência foram também verificados, tomando a fração volumétrica de gás em diferentes posições axiais e velocidade do gás provenientes da literatura. No segundo caso, realizou-se medidas por meio da técnica PIV de velocidades axiais médias da fase líquida e suas flutuações. Análises de intensidade turbulenta, tensores de Reynolds e energia sindética turbulenta foram realizadas, a fim de obter informações acerca da turbulência em três diferentes velocidades superficiais de gás. Para as análises numéricas foi aplicado um modelo matemático tridimensional, turbulento e transiente para a representação do escoamento nas duas colunas utilizadas. Este modelo trata ambas as fases, gás e líquido, a partir de uma abordagem Euleriana. Diferentes distribuições de tamanhos de bolhas foram empregados por meio do balanço populacional considerando os fenômenos de quebra e coalescência. Perfis radiais de fração volumétrica e velocidade de gás, além de perfis de velocidade média de líquido foram confrontados com dados experimentais publicados e medidos respectivamente. O modelo matemático previu um escoamento semelhante aos que foram encontrados nas colunas propostas / Abstract: The main problems encountered in the simulation of gas-liquid systems with the use of CFD are related to the simplifications of the bubble dynamic behavior. In most industrial procedures with gas-liquid flown in bubble columns, bubbles are at high speed and the column operates in the heterogeneous regime. There still is the influence of the system's geometry and fluids physical properties involved in the process. For correctly applying the CFD technique, aiming industrial applications, it is necessary to consider the breakup and coalescence phenomena. Nevertheless, there is a lack of experimental data available in this operational regimen to test the feasible application of the mathematical models used in simulations. In this work it is presented a numeric and experimental study of two bubble columns operating in the heterogeneous regime. In the first case, analyses of different drag models, besides the employ of the interfacial forces of lift and turbulent dispersion were performed. Different turbulence models were also verified, taking the gas holdup in different axial positions and gas velocity from literature. In the second case, measurements of mean axial liquid velocities and their fluctuations were performed with the PIV technique. Turbulence intensity, Reynolds stress tensors and turbulent kinetics energy analyses were performed in order to obtain information about the turbulence for three different gas superficial velocities. For the numerical analyses a tridimensional, turbulent and transient mathematical model to represent the flow in the two columns was applied. This model treats both phases, gas and liquid, with an Eulerian approach. Different bubbles size distributions were used by population balance considering the breakup and coalescence phenomena. Gas holdup, gas velocity and mean axial liquid velocity radial profiles were confronted to the published and acquired experimental data respectively. The mathematical model predicted a developed flow similar to those found in the proposed columns / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientadores: Milton Mori, Waldir Pedro Martignoni / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-12T22:56:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dias_DanieldeBrito_M.pdf: 5535932 bytes, checksum: 88e566e01cde62262c8caf66d26410e5 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Ciclones são equipamentos amplamente utilizados em indústrias como separadores gássólido. Apesar deste equipamento possuir princípios de funcionamento simples, estudos já demonstraram que o escoamento vorticial confinado inerente aos separadores ciclônicos é, na realidade, muito complexo. O recente avanço em métodos numéricos e poder computacional tornou possível o uso de ferramentas avançadas como a fluidodinâmica computacional (CFD), técnica que propõe a solução das equações de conservação de massa, quantidade de movimento e energia através de métodos numéricos. Sua aplicação a ciclones não deixou sombra de dúvida da complexidade da fluidodinâmica envolvida, mas mesmo com dificuldades abriu caminho para muitos avanços na área. O presente estudo busca somar à vasta literatura ao discutir a variação de alguns parâmetros específicos para a simulação de ciclones. O primeiro parâmetro foi a condição de contorno de saída de sólidos. Foram estudadas algumas configurações que incluem a saída direta, com dip, leg com caixa coletora e parede. Estas variações provaram ser de enorme influência em toda a fluidodinâmica do sistema. Em seguida é feito um estudo da influência do modelo de turbulência nos campos de escoamento. São aplicados os modelos k-epsilon, RNG k-epsilon, SSG-Reynolds Stress Model (SSG-RSM) e Large Eddy Simulation (LES). Os dois primeiros se mostraram inadequados, o SSG-RSM mostrou-se adequado e o LES promissor, porém limitado pela malha esparsa utilizada. Por fim, variou-se a abordagem de modelagem da fase sólida, primeiramente utilizando um modelo Euleriano-Euleriano (E-E) que levava em consideração apenas um diâmetro para a fase sólida e depois um modelo E-E3, com três fases sólidas de diâmetros diferentes sendo simuladas simultaneamente. Através destes modelos foram obtidas curvas de eficiência de coleta fracional e global. Ambos os modelos representaram bem os dados experimentais, mas o E-E3 mostrou superioridade, principalmente no que diz respeito ao tempo total de processamento e escalabilidade da simulação. As geometrias e malhas numéricas foram construídas no pacote ICEM CFD, e os casos resolvidos utilizando o software comercial ANSYS CFX, rodando em paralelo em um cluster de alta performance. Dados experimentais da literatura foram utilizados para validação. / Abstract: Cyclones are widely used in industries as gas-solid separators. Although this equipment features simple operational principles, studies have shown that the confined vorticial flow found in cyclonic separators is, in fact, very complex. Recent advances in numerical methods and computational power have made possible the use of advanced tools such as computational fluid dynamics (CFD), a technique that proposes the solution of the equations of conservation of mass, momentum and energy through numerical methods. Applied to cyclones, CFD has left no doubt on the complexity of the fluid dynamics involved, but much progress has been done in this area. The present study seeks to add to this vast literature with the discussion of the variation of a few specific parameters to cyclone simulation. The first chosen parameter was the boundary condition for the outlet of solids. A few configurations were studied, including a direct outlet, dipleg, dust hopper and wall. These variations proved to be of enormous influence to the fluid dynamics of the system. As a second study, four turbulence models were compared: k-epsilon, RNG k-epsilon, SSG-Reynolds Stress Model (SSG-RSM) and Large Eddy Simulation (LES). The first two proved to be inadequate, SSG-RSM performed the best and LES showed promise, but it suffered the limitations of a coarse mesh. The last studied parameter was the modeling approach to the solids phase, first by utilizing an Eulerian-Eulerian (E-E) model that considered a single diameter for the solid phase and second an E-E3 model, with three solid phases of different diameters being simulated simultaneously. Through these methods the fractional and overall collection efficiency curves were obtained. Both approaches reproduced the experimental data well, but E-E3 was more accurate, also presenting a reduced overall computational time and better scalability. The geometries and numerical meshes were built using the code ICEM CFD, and the cases solved using commercial software ANSYS CFX, running in parallel mode in a high performance computing cluster. Experimental data available in the literature was used as validation. / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Milton Mori / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-09T09:36:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vegini_AtilanoAntonio_D.pdf: 28017713 bytes, checksum: b5c4951104b5d515ebe084a6388a6ea2 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Neste trabalho é apresentado o código computacional CYCLO, programa desenvolvido especificamente para predizer o escoamento multifásico em ciclones. Os ciclones são equipamentos utilizados na indústria, principalmente, para a separação de material particulado de correntes gasosas. Desde o início da industrialização até a atualidade, os ciclones são investigados cientificamente na tentativa de elucidar o real funcionamento deste complexo sistema de escoamento que ocorre no interior destes equipamentos. Com o avanço computacional, as modernas técnicas da fluidodinâmica computacional (CFD), têm se mostrado capaz de auxiliar nas investigações científicas sobre os ciclones. O código CYCLO, é um destes programas baseado nas técnicas da fluidodinâmica computacional (CFD). Consiste de um modelo multifásico num referencial euleriano, e composto de equações diferenciais parciais que são resolvidas numericamente através da aplicação do método dos volumes finitos, com acoplamento pressão-velocidade e malha numérica deslocada. A hipótese de simetria no eixo é assumida, tornando possível a utilização de um modelo 3DSimétrico em coordenadas cilíndricas. O código CYCLO torna possível à utilização de até três fases sólidas, cada uma caracterizada por seu tamanho de partícula, massa específica e fração volumétrica. O escoamento da fase sólida é considerado invíscido e a transferência de quantidade de movimento interfase predito pela adoção de um modelo de força de arraste. Para representar o comportamento anisotrópico dos tensores de Reynolds na fase gasosa, é utilizado um modelo de turbulência híbrido composto por uma combinação do modelo k-e padrão para os componentes radiais e axiais do tensor de Reynolds, e, para os componentes tangenciais por intermédio da teoria do comprimento de mistura de Prandtl. Os objetivos deste trabalho vão desde a verificação e validação do código CYCLO com seu modelo multifásico euleriano-euleriano e todas suas hipóteses simplificadoras, até a apresentação de aplicações práticas do uso das técnicas de CFD. Para a verificação e validação do código, os resultados obtidos numericamente são comparados com valores experimentais para o escoamento monofásico e para o escoamento multifásico. Como exemplo de aplicação prática das técnicas de CFD, é apresentado a utilização do código na análise e projeto de ciclones industriais / Abstract: In this work it is presented the computational code CYCLO, which is a program developed specifically to predict the dynamic behavior of the gas-solid flow in cyclones. The cyclones have been used extensively in many industries for a long time for separating the particles from gaseous streams. Since the beginning of the industrialization until the present time, the cyclones are investigated scientifically in order to elucidate the real functioning of this complex flow behavior inside of these equipments. With the computational advance, the modern techniques of the computational fluid dynamics (CFD), has been capable to assist in the scientific inquiries concerning cyclones. The CYCLO code is one of these programs based on computational fluid dynamics (CFD) techniques. The program consists of a multiphase flow model based on the Eulerian-Eulerian approach and it is composed of several partial differential equations, which are solved using the finite volume method with pressure-velocity coupling and staggered grids. The axial symmetry hypothesis is assumed, which makes possible to apply the 3D symmetric model in cylindrical coordinate. The CYCLO code makes possible the use of up to three solid phases, each one represented by a particle diameter, density and specific volumetric fraction. The solid-phase flow is considered inviscid and drag forces between phases are responsible for the gas-solid interaction. To represent an anisotropic behavior of the Reynolds stress in the gas phase, it is used a hybrid model composed of the combination of the (k-e) standard model for the radial and axial components and Prandt¿s longitudinal mixing model for the tangential components. The purpose of the present study is to verify and validate the model used by the CYCLO code and to show practical applications of the use of CFD techniques. In order to verify and validate the code, numerical results were compared with experimental data for gas and gas-solid flows. As practical examples of application of CFD techniques, the code was used to the analysis and design of industrial cyclones / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

O presente trabalho tem como objetivo fundamental a construção de um sistema de identificação capaz de diagnosticar em tempo real as diferentes configurações de escoamentos bifásicos horizontais. É importante ressaltar que o desenvolvimento deste know-how é capital para a operação eficaz de instalações de manipulação e ou transporte de fluidos multifásicos, e representa, hoje, um dos grandes desafios nas indústrias do petróleo e termonuclear. O princípio de funcionamento do sistema proposto baseia-se nos sinais captados por um sensor de pressão flutuante de resposta rápida, e no seu pósprocessamento com auxílio da transformada de Gabor e de uma rede neural convenientemente treinada. A implementação é tal que a operação de diagnóstico pode ser feita on-line, desde a aquisição dos sinais até o pósprocessamento. Resultados experimentais foram obtidos no circuito experimental do NETeF - Núcleo de Engenharia Térmica e Fluidos da USP - Universidade de São Paulo, para uma secção de testes horizo ntal com 12 m de comprimento e diâmetro interno de 30 mm. Em específico foram ensaiados os seguintes padrões de escoamento ar-água: estratificado liso, ondulado, intermitente, anular e a bolhas. Os resultados mostram que, dependendo dos limites de detecção pré-estabelecidos, todos o principais padrões de escoamento bifásico horizontal são identificados corretamente. / The fundamental objective of this work is the construction of an identification system capable of diagnosing in real time different configurations of horizontal two-phase flow patterns. It is important to emphasize that the development of this know-how is capital to the efficient operation of facilities for manipulation and transportation of multiphase fluids, and represents, today, one of the most important challenges in the oil and thermonuclear industries. The working principle of the proposed system is based on the signals acquired by a rapid response fluctuating pressure sensor, and on its post processing through Gabor Transform and on a conveniently trained artificial neural network. The implementation is accomplished in way that the diagnosis operation is performed on-line, from signal acquisition to post-processing. Experimental results were obtained on the experimental circuit at NETeF - Núcleo de Engenharia Térmica e Fluidos of USP - Universidade de São Paulo, at São Carlos, using a horizontal test section, with 12 m length and 30 mm internal diameter. Experiments were done with the following air-water flow patterns: stratified smooth, wavy, intermittent, annular, and bubbly. Results show that, depending on the preset detection limits, all the main horizontal two phase flow patterns were correctly identified.

Em virtude da sua facilidade de operação e elevada eficiência, sedimentadores são bastante utilizados pelas indústrias na separação de componentes com diferentes densidades. Porém o desempenho do tanque sedimentador depende do campo de fluxo dentro do equipamento que, por sua vez, é influenciado pelas características dos sólidos em suspensão, da geometria e dimensões do tanque separador. As características hidrodinâmicas em um sedimentador circular vertical foram investigadas no presente trabalho, tanto por abordagens experimentais como numéricas. As experiências foram realizadas por velocimetria de imagem de partículas em um protótipo de sedimentador, construído em acrílico cristal transparente. As simulações foram realizadas, utilizando o pacote ANSYS CFX na versão 16.0, considerando escoamento 3D, turbulento, isotérmico e em regime permanente. O modelo em fluidodinâmica computacional foi criado em forma progressiva. Inicialmente, foram testados modelos para o sistema monofásico (água) e verificados através da comparação aos dados experimentais. Seis modelos de turbulência do tipo RANS foram analisados: epsilon, Renormalization Group (RNG) k-epsilon, k-omega, Shear Stress Transport (SST) e os de tensão de Reynolds (BSL RSM e SSG RSM). Para o estudo bifásico, empregou-se o modelo multifásico Euler-Euler, juntamente com o modelo de partícula e o de Gidaspow. Nesta situação, diversas configurações de condições de contorno e modificações no projeto do tanque original foram analisadas por meio de campo vetorial, linhas de fluxo, planos de concentração volumétrica e de energia cinética turbulenta. Os resultados mostraram que o modelo de turbulência BSL RSM foi o mais adequado para descrever o escoamento no sedimentador contínuo, sendo capaz de prever as recirculações e as variações de velocidade ao longo do equipamento. As zonas de recirculações (posição e intensidade) mostraram-se influenciadas pelas condições de contorno e forma geométrica do tanque de separação. Foi verificado que o aumento do diâmetro do tanque sedimentador (em 40,0%) provocou um favorecimento na separação água e sólido, elevando a eficiência em 17,3%, enquanto o aumento da altura (em 40,0%) do tanque reduziu a eficiência de separação em 27,5% em comparação ao projeto original. / Due to their operation facility and high efficiency, settlers are widely used by industries for separating components of different densities. The performance of sedimentation, however, depends on the flow field is inside the equipment, which in turn is influenced by the characteristics of the solids in suspension and by the geometry and size of the separation tank. The hydrodynamic characteristics of a vertical circular settler were investigated in the present work by means of both experimental and numeric approaches. The experimental analyses were carried out by particle image velocimetry in a settler prototype built in transparent crystal acrylic. The simulations were carried out using the software ANSYS CFX version 16.0, considering a 3-D, turbulent, isothermal and steady-state flow. The computational fluid dynamics model was used in the progressive approach. The models were initially tested for the one-phase process (water) and checked against the experimental data. Six RANS turbulence models were analyzed: k-epsilon, Renormalization Group (RNG) k- epsilon, k-omega, Shear Stress Transport (SST) and Reynolds Stress models (BSL RSM and SSG RSM). For the two-phase flow, the Euler-Euler multiphase model was used together with the particle model and the Gidaspow model. In this context, several configurations of boundary conditions and modifications in the original tank design were analyzed using vector field, flow lines, volumetric concentration and turbulent kinetic energy. The results showed that the BSL RSM turbulence model was more appropriate to explain the flow in the continuous settler, being able to predict the recirculations and velocity variations along the equipment. The recirculation zones (position and magnitude) were influenced by the boundary conditions and by the geometric shape of the separation tank. It was found that an increase in the diameter of the settler tank (in 40.0%) favored the water and solid separation, increasing its efficiency by 17.3%, while an increase in the height of the tank (in 40.0%) reduced the efficiency of separation by 27.5% when compared to the original design.

Um dos atributos fundamentais associados aos escoamentos multifásicos é a existência de estruturas características segundo as quais as diferentes fases do líquido escoam. O surgimento de uma dessas estruturas, conhecidas como configurações ou regimes de escoamento, é determinado pelas vazões e propriedades físicas dos componentes, além de parâmetros geométricos como diâmetro e inclinação do conduto. O desenvolvimento de metodologias de caracterização de regimes, bem como a caracterização e o diagnóstico da transição destes regimes de escoamento são de fundamental importância. Este trabalho utiliza a análise tempo-frequência da transformada de Gabor para caracterizar os regimes de escoamento horizontais gás-líquido intermitentes. Mais especificamente, o principal objetivo está em investigar a existência de sub-regimes dentro do regime intermitente, para tanto recorremos à covariância tempo-frequência da transformada de Gabor, que é capaz de detectar transições através da não-estacionaridade associada com as correspondentes transições. Testes experimentais foram conduzidos no circuito TALC em CEA-Grenoble e uma extensiva base de dados foi obtida, cobrindo diversos tipos de escoamento intermitente. Uma sonda de condutividade elétrica, consistindo de dois anéis de eletrodos montados junto à tubulação, produziu sinais dos quais a covariância tempo-frequência foi calculada através da correspondente transformada de Gabor. / One of the main features associated to multiphase flows is the existence of characteristic dynamic structures according to which the different phases of a mixture of immiscible fluids can flow. The manifestation of one of these structures, known a flow pattern or regime, is determined by the flow rates as well as by physical and geometrical properties of the fluids and piping. The development of flow pattern characterization and diagnostic methods, and the associated transitions in between, is of crucial importance for an efficient engineering of such phenomena. Time-frequency analysis based on the Gabor transform is used in this work to characterize horizontal air-water intermittent flow regimes. More specifically, our main objective is to reveal the existence of sub-regimes inside the intermittent regimes region with the help of the corresponding time-frequency covariance based on the Gabor transform, which is capable of detecting transitions by assessing the unstationarity associated with the corresponding transitions. Experimental tests were conducted at the TALC facility at CEA-Grenoble and an extensive database was obtained, covering several types of intermittent flow. A conductivity probe, consisting in two ring electrodes flush mounted to the pipe, delivered signals from which the time-frequency covariance were calculated from the corresponding Gabor transform.

Orientador: Milton Mori / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T13:17:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SilvaJunior_JoaoLameuda_M.pdf: 5288658 bytes, checksum: 05a82477d396e479ec1f137cc2682920 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Esta pesquisa tem como objetivo avaliar as principais forças interfaciais que atuam no escoamento gás-líquido em uma coluna de bolhas retangular, de dimensões 150cm x 26;4cm x 3;1cm (altura (H) x largura (W) x profundidade (D)), com aeração centralizada, empregando a Fluidodinâmica Computacional (CFD). O caso proposto é baseado em um estudo experimental de um sistema ar-água operando em regime homogêneo, com altura inicial de líquido (Hl) igual a 79;2cm, correspondente a razão de aspecto (Hl /W) de 3. Empregou-se para a fase dispersa, um diâmetro de bolhas de 4;95mm e uma velocidade superficial de 2;9cm/s. Para validação do modelo, comparações com dados experimentais obtidos da literatura foram realizados em seções transversais em quatro níveis axiais (Y/Hl = 0;1; 0;2; 0;4; 0;75). Para o fechamento do modelo matemático foram analisados quatro modelos de turbulência na descrição da fase contínua (k-'épsilon', RNG k-'épsilon', LRR-RSM, SSG-RSM), bem como diferentes correlações para a verificação da influência das forças interfaciais envolvidas neste tipo de escoamento (arraste, sustentação, dispersão turbulenta e massa virtual). As forças de sustentação e dispersão turbulenta em adição à de arraste mostraram influências significativas nos padrões fluidodinâmicos, enquanto que a força de massa virtual pôde ser negligenciada para o caso estudado. O modelo completo final testado, predisse satisfatoriamente o escoamento em regiões onde este se encontra plenamente desenvolvido, concordando com o padrão experimental / Abstract: This study aims to evaluate the main forces which act in gas-liquid flow in a rectangular bubble column of dimensions 150cm x 26;4cm x 3;1cm (height (H) x width (W) x depth (D)), with centralized aeration, using CFD technique. The proposed case is based in a experimental study of an air-water system operating in homogeneous bubbly flow, with initial liquid height (Hl) of 79;2cm, corresponding to aspect ratio (Hl /W) of 3. For dispersed phase it was employed a bubble diameter of 4;95mm and a superficial velocity of 2;9cm/s. To validate the model, comparisons with experimental data provided from literature were carried out in transversal sections at four axial levels (Y/Hl = 0;1; 0;2; 0;4; 0;75). To closure the mathematical model, four distinct turbulence models were analyzed to describe the continuous phase (k--'épsilon', RNG k--'épsilon', LRR-RSM, SSG-RSM), as well different correlations to verify the influence of the interfacial forces involved in this type of flow (drag, lift, turbulent dispersion and virtual mass). The consideration of lift and turbulent dispersion in addition to drag force showed meaningful influences in fluid dynamics pattern, while virtual mass force can be neglected. The final complete model tested predicted properly the flow in fully developed regions, according to the experimental pattern / Mestrado / Processos em Tecnologia Química / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Milton Mori / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T22:56:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Barbosa_ArianeCorrea_M.pdf: 3646143 bytes, checksum: 81967e15123849d7596f2ba40c6b2c68 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O comportamento dinâmico de um reator industrial de FCC (Craqueamento Catalítico Fluidizado) foi simulado utilizando modelos de escoamento gás-solido tridimensionais e aplicando o modelo cinético de 10-lumps desenvolvido por JACOB et al. (1976). O comportamento uidodinâmico e as reações químicas previstos foram validados com dados experimentais e de plantas industriais publicados na literatura. Além disso, foram adicionadas reações de craqueamento térmico ao modelo cinético de 10-lumps. Dessa forma foi possível investigar a influência dessas reações secundárias no rendimento da gasolina. Também foram identificados os locais em que essas reações são mais favoráveis a ocorrer. Foram utilizadas geometrias com diferentes entradas com o objetivo de identificar quais delas favorecem uma maior homogeneização do escoamento e o impacto delas nas taxas de reações de craqueamento térmico / Abstract: The dynamic behavior of a FCC (Fluidized Catalytic Cracking) industrial reactor was simulated employing 3D gas-solid ow models and applying the ten-lumps kinetic model developed by JACOB et al.(1976). The uid-dynamic and the chemical reactions predicted were validated with a set of plant data publicated in literature. Besides, there were added thermal cracking reactions to 4-lumps and 10-lumps kinetic model. Thus, it was possible to investigate the inuences of these secundary reactions in gasoline yield. It was also identi_ed the regions in which those reactions are more suitable to occur. Di_erent entries geometries werewas used to recognize which one provides a greater homogenization of the ow and their impact on the reaction rates of thermal cracking / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química