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Previous issue date: 2011-02-17 / Multiphase flows in ducts can adopt several morphologies depending on the mass fluxes and the fluids properties. Annular flow is one of the most frequently encountered flow patterns in industrial applications. For gas liquid systems, it consists of a liquid film flowing adjacent to the wall and a gas core flowing in the center of the duct. This work presents a numerical study of this flow pattern in gas liquid systems in vertical ducts. For this, a solution algorithm was developed and implemented in FORTRAN 90 to numerically solve the governing transport equations. The mass and momentum conservation equations are solved simultaneously from the wall to the center of the duct, using the Finite Volumes Technique. Momentum conservation in the gas liquid interface is enforced using an equivalent effective viscosity, which also allows for the solution of both velocity fields in a single system of equations. In this way, the velocity distributions across the gas core and the liquid film are obtained iteratively, together with the global pressure gradient and the liquid film thickness. Convergence criteria are based upon satisfaction of mass balance within the liquid film and the gas core. For system closure, two different approaches are presented for the calculation of the radial turbulent viscosity distribution within the liquid film and the gas core. The first one combines a k- Ɛ one-equation model and a low Reynolds k-Ɛ model. The second one uses a low Reynolds k- Ɛ model to compute the eddy viscosity profile from the center of the duct right to the wall. Appropriate interfacial values for k e Ɛ are proposed, based on concepts and ideas previously used, with success, in stratified gas liquid flow. The proposed approaches are compared with an algebraic model found in the literature, specifically devised for annular gas liquid flow, using available experimental results. This also serves as a validation of the solution algorithm / Em escoamentos de mais de uma fase em dutos, estas podem adquirir diferentes morfologias, dependendo das vaz?es e das propriedades dos fluidos escoando. Dentre estes padr?es de escoamento, um dos mais comumente encontrados em aplica??es industriais ? o padr?o anular. Para sistemas de g?s l?quido este padr?o consiste em um filme de l?quido escoando pelas paredes e um n?cleo de g?s com gotas de l?quido escoando na regi?o central. Neste trabalho se apresenta um estudo num?rico deste padr?o de escoamento em dutos verticais, especificamente em sistemas g?s l?quido. Para tanto, foi desenvolvido e implementado em linguagem FORTRAN 90 um algoritmo de solu??o para a resolu??o num?rica do sistema de equa??es de transporte que governam o fen?meno. As equa??es de conserva??o da massa e quantidade de movimento s?o resolvidas de forma simult?nea desde o centro ? parede do duto, atrav?s do M?todo dos Volumes Finitos. Na interface g?s l?quido a conserva??o do fluxo de quantidade de movimento ? garantida atrav?s da utiliza??o de uma difusividade equivalente, o que tamb?m possibilita a solu??o do campo de velocidades atrav?s de um ?nico sistema de equa??es. Desta forma, os perfis de velocidades no n?cleo de g?s e no filme l?quido s?o obtidos iterativamente, juntamente com o gradiente de press?o global e a espessura m?dia do filme l?quido, utilizando a condi??o de que os balan?os globais de massa no n?cleo de g?s e no filme l?quido sejam satisfeitos. Para o fechamento do sistema s?o apresentadas duas propostas para o c?lculo da distribui??o radial da viscosidade turbulenta, tanto no n?cleo de g?s quanto dentro do filme. Uma proposta combina um modelo k-L a uma equa??o e um modelo k-Ɛ de baixos Reynolds. A segunda utiliza somente um modelo k-Ɛ de baixos Reynolds para calcular a viscosidade turbulenta desde o centro ? parede. Prop?em-se valores de k e Ɛ na interface adequados para escoamento g?s l?quido em padr?o anular, baseando-se em conceitos utilizados em estudos de escoamento g?s l?quido estratificado. Os modelos propostos s?o validados e comparados com um modelo alg?brico encontrado na literatura, especificamente desenvolvido para escoamento anular g?s l?quido, utilizando dados experimentais dispon?veis. Isto serve ao mesmo tempo como valida??o do algoritmo de solu??o
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufrn.br:123456789/15639 |
| Date | 17 February 2011 |
| Creators | Lubnicki, Federico Fernandez |
| Contributors | CPF:00644647922, http://lattes.cnpq.br/1379773445574323, Santos, Adriano dos, CPF:01725826950, Barbosa J?nior, Jader Riso, CPF:01002620740, http://lattes.cnpq.br/3831923954689523, Lima, Jo?o Alves de, Paladino, Em?lio Ernesto |
| Publisher | Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Programa de P?s-Gradua??o em Engenharia Mec?nica, UFRN, BR, Tecnologia de Materiais; Projetos Mec?nicos; Termoci?ncias |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFRN, instname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte, instacron:UFRN |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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