[pt] O presente trabalho tem como principal objetivo resolver
numericamente o escoamento de líquidos e gases
isotérmicos
ou não, no regime transiente em tubulações industriais
com
área variável. Pretende-se ainda, investigar os campos de
velocidade,pressão e temperatura na presença de
vazamentos
na tubulação. O código computacional implementado resolve
as equações de conservação de massa, quantidade de
movimento
linear e da energia na sua forma conservativa. Este
enfoque
permite obter resultados importantes, dentre os quais
pode-
se destacar a capacidade de reproduzir as perturbações
nos campos de velocidade e pressão, uma vez iniciado o
vazamento do fluido num determinado instante de tempo e
em
qualquer ponto da tubulação.
Para a solução numérica do escoamento unidimensional em
coordenadas retangulares utilizou-se o método de volumes
finitos. A discretização espacial foi realizada baseada no
método - upwind - e para a discretização temporal
utilizou-
se o método totalmente implícito.
As equações de conservação de massa e quantidade de
movimento linear são resolvidas diretamente, através da
solução de uma matriz hepta-diagonal. A seguir resolvese
a equação da energia por um algoritmo para matrizes tri-
diagonais. Como as equações são não lineares, um processo
iterativo é necessário.
Para validar o metodologia empregada, são efetuados
vários
testes com casos registrados na literatura e resolvidos
problemas que apresentam solução analítica. Uma
comparação
entre o enfoque conservativo e não conservativo é
apresentada. Finalmente,investiga-se a resposta do campo
de
pressão e velocidade para a presença de vazamentos na
tubulação. / [en] The main objective of the present work is to solve
numerically the flow of liquid and gases isothermal or not,
in the transient regime, in industrial pipes with variable
area. It also has as objective to investigate the velocity,
pressure and temperature field in the presence of fluid
leak in the pipe. The numerical code was implemented to
solve the conservation of mass, momentum, and energy in its
conservative form. This approach is very convenient to
study the perturbations in the velocity and temperature
fields, once a leakage is detected in some point along the
point, in a certain time. The numerical solution for the
one-dimensional flow in rectangular coordinates is
obtained by the finite volume method. The spatial
discretization is based on the upwind method and totally
implicit time integration is employed. The conservation of
mass and linear momentum are directly solved through an
hepta-diagonal matrix algorithm, followed by the solution
of the energy equation by a three-diagonal algorithm. Since
the conservation equations are non- linear, an iterative
procedure is necessary. To validate the methodology
presented, several tests of different case tests available
in the literature were solved, as well as tests with
analytical solution. A comparison between the conservative
and non-conservative approach is presented. Finally, some
test cases with leakage are examined. / [es] El presente trabajo tiene como principal objetivo resolver numéricamente el flujo de líquidos y gases
isotérmicos o no, en régimen transitorio, en tuberías industriales con área variable. Se pretenden
investigar los campos de velocidad, presión y temperatura en presencia de escape en la tubería.
El código computacional implementado resuelve las ecuaciones de conservación de masa, cantidad
de movimiento lineal y de la energía en su forma conservativa. Este enfoque permite obtener
resultados importantes, dentro de los cuales cabe destacar la capacidad de reproducir las
perturbaciones en los campos de velocidad y presión, una vez iniciado el escape del fluido en un
determinado instante de tiempo y en cualquier punto de la tubería. Para la solución numérica del
flujo unidimensional en coordenadas rectangulares se utilizó el método de volúmenes finitos. La
discretización espacial se realizó a través del método - upwind - y para la discretización en el tiempo,
se utilizó el método totalmente implícito. Las ecuaciones de conservación de masa y de cantidad de
movimiento lineal se resuelven directamente, a través de la solución de una matriz heptadiagonal. A
seguir se resuelve la ecuación de la energía por un algoritmo para matrizes tri-diagonales. Como las
ecuaciones son no lineales, se necesita un proceso iterativo. Para evaluar la metodología utilizada,
se efectúan varios experimentos con casos registrados en la literatura y se resuelven algunos
problemas que presentan solución analítica. Se presenta una comparación entre el enfoque
conservativo y no conservativo. Finalmente, se investiga la respuesta del campo de presión y
velocidad en presencia de escapes en la tubería.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:1796 |
| Date | 07 August 2001 |
| Creators | OLDRICH JOEL ROMERO GUZMAN |
| Contributors | ANGELA OURIVIO NIECKELE |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Spanish |
| Type | TEXTO |
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