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Título: Desenvolvimento de um modelo estacionário para o escoamento bifásico líquido-gás em golfadas com transferência de calor em tubulações horizontais
Título(s) alternativo(s): Development of a stationary model for gas-liquid slug flow with heat transfer in horizontal pipes
Autor(es): Bassani, Carlos Lange
Orientador(es): Morales, Rigoberto Eleazar Melgarejo
Palavras-chave: Escoamento bifásico
Meios de transferência de calor
Petróleo e gás
Two-phase flow
Heat-transfer media
Oil and gas
Data do documento: 1-Ago-2014
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Referência: BASSANI, Carlos Lange. Desenvolvimento de um modelo estacionário para o escoamento bifásico líquido-gás em golfadas com transferência de calor em tubulações horizontais. 2014. 167 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2014.
Resumo: O escoamento bifásico liquido gás ocorre em diversas aplicações industriais tais como geradores de vapor, condensadores e na extração de petróleo. Um dos tipos de escoamento bifásico que ocorre em uma ampla faixa de vazões é o escoamento líquido-gás em golfadas, caracterizado pela passagem intermitente de pistões de líquidos e bolhas alongadas. Devido à alta complexidade do fenômeno, a literatura apresenta poucos modelos matemáticos para a simulação da distribuição da temperatura ao longo da tubulação e para a previsão do coeficiente de transferência de calor bifásico. Neste contexto, no presente trabalho desenvolve-se um modelo matemático estacionário para o escoamento bifásico líquido-gás em golfadas com transferência de calor em tubulações horizontais. As equações de balanço de massa, quantidade de movimento e energia são aplicadas a volumes de controle englobando as diferentes regiões da célula unitária. A modelagem utiliza a temperatura da mistura como principal variável e ainda considera a troca de calor entre duas células unitárias vizinhas, também conhecido como scooping térmico. Foram considerados duas condições de contorno na parede da tubulação, de temperatura externa constante e de fluxo de calor constante. O modelo foi implementado em linguagem Fortran e validado com dados experimentais da literatura. Para os resultados na queda da temperatura da mistura ao longo da tubulação, o presente modelo apresentou uma precisão na faixa de 15 %. Além disso, foi proposta uma expressão para o cálculo do coeficiente de transferência de calor, que apresentou precisão na faixa de 30 % com dados experimentais e uma concordância na faixa de 10 a 20 % com diferentes correlações da literatura.
Abstract: Multiphase flows occur in many industrial applications such as vapor heaters, condensers and in gas and oil production. A common liquid-gas multiphase flow is the intermittent or slug flow, characterized by the succession of liquid slug and elongated bubbles along the pipe. Due to the high complexity of the phenomena, the literature presents only a few mathematical models for simulation of the temperature distribution along the pipe and for the two-phase flow heat transfer coefficient prediction. In this context, the present work develops a stationary mathematical model for gas-liquid two-phase slug flow with heat transfer in horizontal pipes. The mass, momentum and energy conservation equations are applied to control volumes located at the different regions of the slug flow unit cell. The mathematical model uses the mixture temperature as the main variable and also takes into account the heat transfer between two consecutive unit cells, known as thermal scooping. Two different thermal boundary conditions were used in the model, constant external temperature and constant heat flux. The model was implemented in Fortran language and validated with experimental data from the literature. The temperature drop along the pipeline shows good agreement with experimental data, with a precision of 15 %. Furthermore, an expression for the two-phase heat transfer coefficient was developed and showed an accuracy of 30 % with experimental data and good agreement with some literature correlations, within 10 to 20 % of concordance.
URI: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/6741
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