Estudo de modelos de dois fluidos acoplados ao método FCT em escoamentos bifásicos

Submitted by Aglair Aguiar (aglair@ct.ufrj.br) on 2018-12-11T15:03:47Z No. of bitstreams: 1 867657.pdf: 3164180 bytes, checksum: 84df955d1c6e01589db72b9264999906 (MD5)Made available in DSpace on 2018-12-11T15:03:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 867657.pdf: 3164180 bytes, checksum: 84df955d1c6e01589db72b9264999906 (MD5) Previous issue date: 2017-06A simulação numérica de escoamentos bifásicos em gasodutos é uma ferramenta de grande importância em várias áreas da indústria, em especial a indústria de petróleo e gás, porque permite prever o comportamento do escoamento em função dos principais parâmetros do problema. Esse trabalho tem como foco o estudo de dois modelos de dois fluidos diferentes, denominados 4E1P (quatro equações e uma pressão) e 5E2P (cinco equações e duas pressões), com o objetivo de avaliar suas capacidades em descrever adequadamente alguns problemas padrões. Ambos os modelos são formulados a partir das equações unidimensionais de conservação de massa e quantidade de movimento, e aplicados a simulações de escoamentos bifásicos. Os modelos se diferenciam principalmente na sua estrutura de autovalores e na forma como a pressão é tratada. O modelo 4E1P considera uma pressão comum para as fases e é condicionalmente hiperbólico, enquanto o modelo 5E2P é incondicionalmente hiperbólico e considera, a priori, a existência de duas pressões, uma para cada fase. O método numérico utilizado para resolver as equações diferenciais parciais que definem os modelos é o FCT (FluxCorrected Transport). Primeiramente são estudados casos conceituais da literatura, como forma de validação e análise dos modelos matemáticos e do método numérico. Ao final se estuda o caso de interesse para engenharia em que se simula escoamentos estratificados presentes em gasodutos, comparando os resultados com um software comercial e com resultados oriundos de outros trabalhos da literatura, apresentando boa concordância.Numerical simulation of two-phase flows is a tool of great importance to various areas of industry, especially in the oil and gas industry, in predicting the behavior of the flows according to the main parameters of the problem. This work aims to study two different two-phase flow models, named 4E1P (four equations and single pressure) and 5E2P (five equations and two pressures), with the objective of evaluating their abilities to adequately describe some standard problems. Both models are formulated by the onedimensional mass and momentum conservation equations, and are applied to simulate two-phase flows. The models differ mainly in their eigenstructure and how the pressure is treated. The 4E1P model considers a single pressure for both phases and is conditionally hyperbolic, while the 5E2P model is unconditionally hyperbolic and considers two pressures a priori. The numerical method used to solve the partial differential equations that define the models is the FCT (Flux-Corrected Transport). First some conceptual cases that are widely covered in the literature are studied, as a way of validating and analyzing the mathematical models and the numerical method. Finally, the cases of engineering interest of stratified flows in pipelines are simulated and the results are compared with the output of a commercial software and those obtained by in the literature, showing good agreement.Também disponível on-line