[pt] O escoamento em um espaço anular parcialmente obstruído é
estudado
para uma geometria entre cilindros concêntricos. A
obstrução parcial é uma
primeira aproximação de um escoamento em um espaço anular
com um leito de
cascalhos sedimentado que ocorre no processo de perfuração
de poços para
produção de óleo e gás, particularmente no caso de poços
inclinados e
horizontais. A presença de uma placa de obstrução parcial
promove a assimetria
no escoamento de tal modo que interfere na formação do
regime de vórtices de
Taylor. O campo de velocidade para esses escoamentos foi
obtido via solução
numérica e experimental. Nas simulações numéricas, as
equações de
conservação de massa e quantidade de movimento linear foram
resolvidas para
um escoamento de fluido newtoniano e não newtoniano pela
técnica de volumes
finitos. Os resultados experimentais foram obtidos a partir
de campos
instantâneos e médios de velocidade em planos meridionais
do espaço anular
usando a técnica de velocimetria por imagens de partículas
(PIV). As medições
focalizaram a obtenção do número de Reynolds rotacional
crítico e a obtenção
do perfil de velocidade axial passando pelo olho do
vórtice. Os resultados
mostram que o número de Reynolds crítico é diretamente
afetado pelo grau de
obstrução do espaço anular, assim como a largura dos
vórtices de Taylor. O
resultado dos perfis de velocidade axial calculados
concorda bem com os
resultados obtidos experimentalmente. A transição para o
regime de vórtices de
Taylor também é bem prevista pelo método numérico. Os
resultados numéricos
para a largura dos vórtices de Taylor não apresentam boa
concordância,
dependendo das condições de contorno estipuladas. A
presença da placa de
obstrução parcial promove uma recirculação circunferencial
no escoamento que
interage com o escoamento de vórtices de Taylor formando um
escoamento
complexo a partir de níveis de obstrução moderados. / [en] The flow inside a horizontal annulus due to the inner
cylinder rotation is
studied. The bottom of the annular space is partially
blocked by a plate parallel to
the axis of rotation, thereby destroying the
circumferential symmetry of the
annular space geometry. This flow configuration is found in
the drilling process of
horizontal petroleum wells, where a bed of cuttings is
deposited at the bottom
part of the annulus. The velocity field for this flow was
obtained both numerically
and experimentally. In the numerical work, the equations
which govern the threedimensional,
laminar flow of Newtonian and non-Newtonian liquids were
solved
via a finite-volume technique. In the experimental
research, the instantaneous
and time-averaged flow fields over two-dimensional
meridional sections of the
annular space were measured employing the particle image
velocimetry (PIV)
technique, both for Newtonian and power-law liquids.
Attention was focused on
the determination of the onset of secondary flow in the
form of distorted Taylor
vortices. The results showed that the critical rotational
Reynolds number is
directly influenced by the degree of obstruction of the
flow. The influence of the
obstruction is more perceptible in Newtonian than non-
Newtonian liquids. The
larger is the obstruction, the larger is the critical
Taylor number. The height of the
obstruction also controls the width of the vortices. The
calculated steady state
axial velocity profiles agreed well with the corresponding
measurements.
Transition values of the rotational Reynolds number are
also well predicted by the
computations. However, the measured and predicted values
for the vortex size
do not agree as well. Transverse flow maps revealed a
complex interaction
between the Taylor vortices and the zones of recirculating
flow, for moderate to
high degrees of flow obstruction.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:6375 |
| Date | 25 April 2005 |
| Contributors | PAULO ROBERTO DE SOUZA MENDES |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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