Escoamento bifásico líquido-gás em golfadas com leve mudança de direção

Misturas bifásicas líquido-gás são frequentemente transportadas em tubulações através de terrenos com relevos irregulares. Estas irregularidades ocasionam perturbações nos parâmetros do escoamento bifásico, portanto tornando-se necessário prever o comportamento destes escoamentos. Neste cenário, o presente trabalho estuda, numérica e experimentalmente, os efeitos causados por uma leve mudança de direção no escoamento bifásico. O estudo foi realizado para escoamentos bifásicos ar-água em padrão de golfadas em uma tubulação horizontal de 26 mm e 5,8 m de comprimento seguida de um trecho inclinado ascendente de 3,4 m de comprimento e mesmo diâmetro com uma leve mudança de direção de 7° com relação à horizontal. Na abordagem numérica utilizou-se o método de seguimento dos pistões (slug tracking), para prever o comportamento do escoamento quando se produz uma leve mudança de direção. O trabalho experimental foi realizado utilizando um circuito experimental projetado e instalado no LACIT/UTFPR. Nele, foram instalados sensores resistivos e transdutores de pressão em quatro pontos da seção de teste, chamadas estações de medida, com a finalidade de monitorar a evolução da fração do vazio, velocidade de translação da bolha, a pressão e os comprimentos do pistão de líquido e da bolha. Os resultados numéricos e experimentais foram comparados entre si como função dos resultados médios e de distribuições de frequência nas estações de medição, tendo sido observada uma boa concordância.Two-phase, liquid-gas flow mixtures are usually transported through pipes stretching over irregular terrains. Those irregularities disturb the flow characteristics, thus predicting the behaviour of such disturbed flows becomes necessary. The present work introduces an experimental and numerical study on the effects of a slight direction change on the behaviour of a gas-liquid two-phase slug flow. The aforementioned study was carried out in a 1” (26 mm), 5.8-m long transparent pipe section followed by a +7o inclined pipe (3.4-m long) transporting air-water two-phase mixtures at different flow rates. This experimental rig was designed and assembled in the LACIT/UTFPR labs. Resistive sensors and pressure transducers were installed at four testing positions in the pipe, designated as metering stations. Void fractions, bubble translational velocities, in situ pressures and the lengths of the liquid slug and the bubble region – as well as the fluctuations of those flow parameters – were measured at these stations. A classical slug tracking approach was applied as the numerical scheme. That approach attempts at simultaneously solving the one-dimensional mass and momentum conservation equations for each instant of time, resulting in coupled system of pressure-velocity equations. A mathematical model to predict the flow behaviour at the pipe position where the change in direction occurred was developed and implemented. The equations of such mathematical model were implemented as source terms in the slug tracking model. The numerical results were compared to the experimental data using averaged results and frequency distribution of the data collected at the metering stations, and a good agreement was observed