Gustavo Lourenço Lopes Lais Labs Assis. Introdução Padrões de escoamento gás-líquido:...
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Escoamento de líquido na esteira de uma bolha de
Taylor
EM974 – Métodos Computacionais em Engª Térmica e Ambiental
Prof. Dr. Eugênio Spanó Rosa
Gustavo Lourenço LopesLais Labs Assis
Introdução
Padrões de escoamento gás-líquido:
Classificação de Taitel et. al. (1980)
Bolhas (1)
Pistões (2)
Agitante (3)
Anular (4)(1) (2) (3) (4)
Introdução
Bolha de Taylor – escoamento pistonado (slug flow)
Motivação
Escoamento gás-líquido presente em diversos processos industriais:
Trocadores de calor
Caldeiras
Produção de petróleo
Processos químicos
Objetivos
Traçar linhas de corrente
Estabelecer regiões de recirculação
Determinar ponto de estagnação do escoamento
Obter gráficos da velocidade axial no centro e na parede
Traçar o gráfico de na parede do tubo ao longo de seu comprimento.
Traçar velocidades radiais para diferentes pontos do tubo
Teoria
Uf – velocidade do filme de líquido
Ut – velocidade da bolha
Razão entre área de gás (Ag) e área total (At) :
Modelo no PHOENICS
Modelo de turbulência: KE Low- Reynolds
Diâmetro do tubo: 26mm
Velocidade da mistura: 3 m/s
Comprimento do tubo: 12 vezes o diâmetro
Malha: NX= 1; NY= 55; NZ= 124
Fluido de trabalho: água a 20ºC
Referencial móvel com velocidade Ut
INLET com velocidade relativa Ut+Uf
Condições de Contorno
Determinação da velocidade da bolha (Zukoski)
Determinação da velocidade do filme
Equação de Brotz:
Equação de balanço de massa:
Condições de Contorno
Processo iterativo para obter α e então Ut e Uf para D=26mm e J=3m/s
0.7 0.72 0.74 0.76 0.78 0.8 0.82 0.84 0.86 0.88 0.9
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
Eq. De Brotz
Eq. Balanço de massa
alfa
Uf
(m/s
)
alfa = 0,851
Ut = 3,77 m/s
Uf = 1,39 m/s
Simulação
Estratégia de convergência
1º - Simulação de regime transiente entre os instantes 0 e 0,005 s
2º - Simulação do regime permanente
Resultados e ConclusõesCampo de velocidades axial
Resultados e ConclusõesLinhas de corrente
Zoom na região de recirculação
Resultados e Conclusões
Velocidade axial no centro do tubo
Velocidade no final do tubo ainda não constante, mas tendendo a estabilizar-se
Região de estagnação em z=0,08404m
Resultados e Conclusões
Velocidade axial na parede
Velocidade tende para um valor constante na saída
Resultados e Conclusões
Perfis de velocidades axiais
000 001 001000
005
010
015
020
025
030
035
X/D=2X/D=3X/D=4X/D=5
Resultados e Conclusões
Tensão de cisalhamento na parede do tubo
Final do tubo: τ/ρ = 0,024
Valor 14,3% superior ao analítico, que é de
τ/ρ= 0,021
Sugestões para trabalhos futuros
Manter o método de convergência: 1ª simulação em regime transiente
dos milésimos de segundo iniciais; 2ª simulação em regime
permanente
Refinar mais a malha
Utilizar comprimento de tubo maior, em busca da estabilização da velocidade axial no centro e τ/ρ mais próximo do analítico
REFERÊNCIAS
Trabalho de graduação II – G. A. Alves Fávaro; “Escoamento de líquido na Esteira de uma bolha de Taylor”;
T.S. Mayor, A.M.F.R. Pinto, J.B.L.M Campos; “Vertical slug flow in laminar regime in the liquid and turbulent regime in the bubble wake – Comparison with fully turbulent and fully laminar regimes”;
C. Aladjem Talvy, L. Shemer, D. Barnea; “On the interaction between two consecutive elongated bubbles in a vertical pipe”
Taha Taha, Z.F. Cui; “CFD modelling of slug flow in vertical tubes”
Site www.fem.unicamp.br/~phoenics
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