Estudo numérico de escoamento turbulento em padrão anular gás-líquido em dutos verticais

AUTOR(ES)
FONTE

IBICT - Instituto Brasileiro de Informação em Ciência e Tecnologia

DATA DE PUBLICAÇÃO

17/02/2011

RESUMO

Em escoamentos de mais de uma fase em dutos, estas podem adquirir diferentes morfologias, dependendo das vazões e das propriedades dos fluidos escoando. Dentre estes padrões de escoamento, um dos mais comumente encontrados em aplicações industriais é o padrão anular. Para sistemas de gás líquido este padrão consiste em um filme de líquido escoando pelas paredes e um núcleo de gás com gotas de líquido escoando na região central. Neste trabalho se apresenta um estudo numérico deste padrão de escoamento em dutos verticais, especificamente em sistemas gás líquido. Para tanto, foi desenvolvido e implementado em linguagem FORTRAN 90 um algoritmo de solução para a resolução numérica do sistema de equações de transporte que governam o fenômeno. As equações de conservação da massa e quantidade de movimento são resolvidas de forma simultânea desde o centro à parede do duto, através do Método dos Volumes Finitos. Na interface gás líquido a conservação do fluxo de quantidade de movimento é garantida através da utilização de uma difusividade equivalente, o que também possibilita a solução do campo de velocidades através de um único sistema de equações. Desta forma, os perfis de velocidades no núcleo de gás e no filme líquido são obtidos iterativamente, juntamente com o gradiente de pressão global e a espessura média do filme líquido, utilizando a condição de que os balanços globais de massa no núcleo de gás e no filme líquido sejam satisfeitos. Para o fechamento do sistema são apresentadas duas propostas para o cálculo da distribuição radial da viscosidade turbulenta, tanto no núcleo de gás quanto dentro do filme. Uma proposta combina um modelo k-L a uma equação 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 à parede. Propõem-se valores de k e Ɛ na interface adequados para escoamento gás líquido em padrão anular, baseando-se em conceitos utilizados em estudos de escoamento gás líquido estratificado. Os modelos propostos são validados e comparados com um modelo algébrico encontrado na literatura, especificamente desenvolvido para escoamento anular gás líquido, utilizando dados experimentais disponíveis. Isto serve ao mesmo tempo como validação do algoritmo de solução

ASSUNTO(S)

engenharia mecanica escoamento anular gás-líquido turbulência método dos volumes finitos

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