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Título: Análise das condições iniciais para simulação do escoamento em golfadas utilizando o modelo lagrangeano de seguimento de pistões
Título(s) alternativo(s): Study of methodologies for obtaining initial conditions for slug flow simulation using the slug tracking model
Autor(es): Naidek, Bruna Patricia
Orientador(es): Morales, Rigoberto Elezar Melgarejo
Palavras-chave: Escoamento bifásico
Petróleo - Transporte
Métodos de simulação
Modelagem
Modelos matemáticos
Engenharia mecânica
Two-phase flow
Petroleum - Transportation
Simulation methods
Modelyng
Mathematical models
Mechanical engineering
Data do documento: 24-Nov-2017
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Referência: NAIDEK, Bruna Patricia. Análise das condições iniciais para simulação do escoamento em golfadas utilizando o modelo lagrangeano de seguimento de pistões. 2017. 166 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2017.
Resumo: Escoamento bifásico de líquido-gás no padrão golfadas está presente em vários processos industriais, especialmente na indústria de petróleo com a produção e transporte de óleo e gás. Escoamento em golfadas é caracterizado pela sucessão intermitente de pistões de líquido com grande quantidade de movimento, que pode conter bolhas de gás dispersas ou não, seguidos por bolhas alongadas de gás que ocupam grande parte da seção transversal da tubulação. São encontrados na literatura poucos modelos matemáticos que buscam descrever esse tipo escoamento. Dentre os modelos existentes para prever o escoamento em golfadas, as abordagens mais utilizadas são a Euleriana de dois fluidos e de deslizamento (drift flux) e a Lagrangeana de seguimento de pistões (slug tracking). A modelagem de seguimento de pistões requer que alguns parâmetros sejam fornecidos para a inicialização da simulação do escoamento, tais como as velocidades superficiais das fases líquida e gasosa, comprimentos da bolha de gás e pistão de líquido e frações de gás e líquido. Neste trabalho são avaliadas quatro metodologias para a inicialização do escoamento em um simulador implantado com a metodologia de seguimento de pistões. A primeira metodologia consiste na inserção dos dados obtidos experimentalmente. A segunda é uma lista de valores distribuídos em torno dos desvios padrões e valores médios dos dados experimentais. A terceira consiste na aplicação de dados obtidos em simulações anteriores para o cálculo das novas velocidades superficiais, utilizando para isso a correlação de Bendiksen (1984) para a velocidade translacional da bolha. A quarta usa os comprimentos da bolha e pistão obtidos em simulações anteriores, sendo o restante dos dados necessários para a inicialização do programa obtidos com a segunda metodologia. Foram realizadas medidas experimentais para obtenção de dados para validação e comparação dos resultados obtidos utilizando as quatro metodologias. Ao avaliar os resultados, percebeu-se que a metodologia 1 é a que mais se aproximou dos dados experimentais no início do escoamento. Já a metodologia 2 apresentou bons resultados para a velocidade da bolha alongada. Enquanto a metodologia 3 forneceu bons resultados para os comprimentos da bolha alongada e pistão de líquido e frequência da célula unitária. A metodologia 4 foi a que mais se distanciou dos resultados experimentais, principalmente para os comprimentos da bolha alongada. Como o objetivo do presente trabalho era a determinação da melhor metodologia para a obtenção das condições iniciais independentes da utilização de dados experimentais, após análise dos resultados se pode afirmar que a metodologia 3 apresentou os melhores resultados para a determinação dos parâmetros característicos do escoamento em golfadas.
Abstract: Two-phase slug flow is present in various industrial processes, especially in the oil industry, with the production and transportation of oil and gas. Slug flow is characterized by the intermittent succession of liquid slugs, which have a large momentum, that may contain bubbles of compressible gas, followed by elongated bubbles of gas occupying much of the cross-section of the pipeline. Few mathematical models for this complex flow can be found in the literature. Among those, the most common models are the Eulerian two-fluid and drift flux and the Lagrangian slug tracking. Slug tracking modelling requires that some parameters, such as gas and liquid superficial velocities, liquid slug and bubble lengths, and gas and liquid fractions are provided for simulations. In this work, four methodologies for the initialization of flow in a simulator with the slug tracking modelling are evaluated. The first methodology consists in using values obtained from experimental data. The second is a list of values distributed around the standard deviations and mean values of the experimental data. The third is the use of previously simulated data and calculating the gas superficial velocity with the Bendiksen (1984) formulation. The last one was the use of the simulated bubble and liquid slug lengths, calculation of the gas fraction and the use of the other parameters determined with the second methodology. Experimental measures were taken to obtain data for validation and comparison of the results obtained using the four methodologies. When evaluating the results, it was noticed that methodology 1 is the one that most approached the experimental data at the beginning of the flow. Methodology 2, however, presented good results for the velocity of the elongated bubble. While methodology 3 provided good results for the elongated bubble lengths and liquid piston and inflow frequency of the bubbles in the pipeline. The methodology 4 was the one that distanced itself more from the experimental results, mainly for the lengths of the elongated bubble. As the objective of the present work was the determination of the best methodology to obtain the initial independent conditions of the use of experimental data, after analyzing the results it can be affirmed that methodology 3 presented the best results for the characteristic parameters of slug flow.
URI: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/9613
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