Study of two phase slug flow in the vertical upward-horizontal transition using a slug-tracking model

Orientador: Ricardo Augusto MazzaDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: O escoamento bifásico padrão golfada de líquido é caracterizado pela passagem alternada de pistões de líquido seguidos por bolhas alongadas de gás. Este trabalho desenvolve um estudo experimental e numérico sobre este padrão de escoamento em uma tubulação contendo uma curva de 90 graus. Essa configuração permite a passagem do escoamento vertical ascendente para horizontal em uma curva com raio interno de 410 mm e diâmetro interno da tubulação de 26 mm. O arranjo experimental permite fazer a medição das propriedades do escoamento padrão golfada antes e depois da passagem pela curva. As grandezas medidas são: a velocidade de propagação das bolhas, os comprimentos de bolhas e pistões, a frequência de passagem e a queda de pressão ao longo da tubulação. Um modelo numérico do tipo slug-tracking é empregado para capturar as alterações das características dos pistões e das bolhas durante a transição vertical para horizontal. O modelo se concentra em capturar os efeitos da mudança de direção relacionados com: a força da gravidade, a aeração pistão líquido e a espessura do filme líquido que envolve as bolhas de gás alongada. Os resultados numéricos foram favoravelmente comparados em relação aos dados experimentaisAbstract: The slug flow pattern is characterized by the alternating passage of liquid slugs trailed by elongated gas bubbles. This work develops an experimental and numerical study in slug flow regime occurring in a 90 degree pipe bend. The pipe bend allows the transition from upward vertical flow to horizontal flow in a curve with inner radius of 410 mm and inside diameter of 26 mm. The experimental set up allows the measurement of the slug flow properties at the inlet and outlet of the pipe bend. The quantities measured are: bubble's nose velocity, bubble and slug lengths, the frequency of passage and the pressure drop. A numerical slug tracking model is employed to capture the changes of the slugs features during the vertical to horizontal transition. The modeling efforts concentrate on the effects of the change of direction on: the gravity force, liquid slug aeration and on liquid film thickness surrounding the elongated gas bubbles. The numerical results compare favorably against the experimental dataMestradoTermica e FluidosMestre em Engenharia Mecânic