A thermodynamically consistent modeling of fluid transients in elastic and anelastic pipes

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Andrade, Douglas Monteiro
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Palavras-chave em Português: Transientes hidráulicos; Viscoelasticidade; Viscoplasticidade; Interação fluido-estrutura; Transitório hidráulico; Fluid transients; Viscoelasticity; Viscoplasticity; Fluid-structure interaction
• Link de acesso: https://app.uff.br/riuff/handle/1/34636

Esta tese de doutorado apresenta um modelo transiente em fluidos capaz de lidar com o comportamento elástico, viscoelástico e elasto-viscoplástico do tubo. Um modelo de escoamento quase 2D para escoamentos internos em tubos deformáveis é empregado como base, e o comportamento anelástico do tubo é incorporado considerando equações constitutivas formuladas em uma estrutura termodinamicamente consistente construída sobre uma teoria de variáveis internas. Tal abordagem fornece diretamente expressões para calcular as taxas de dissipação de energia no fluido e no tubo com precisão e separadamente. Esta nova característica discerne os impactos locais e globais da dissipação de energia nas oscilações de pressão causadas por cada meio (fluid e tubo). As equações governantes do modelo formam um sistema hiperbólico de equações diferenciais parciais cujas soluções aproximadas são obtidas pelo método das características. Tomando como referência sinais de pressão obtidos de instalações experimentais encontradas na literatura, mostra-se que as previsões do modelo são totalmente consistentes. Uma comparação entre as respostas de pressão de tubos anelásticos (viscoelásticos ou elasto-viscoplásticos) e elásticos revela que o comportamento do tubo anelástico provoca uma atenuação e dispersão adicional. Mostra-se também que o conhecimento das parcelas de energia dissipadas no fluido e na tubulação individualmente pode melhorar a compreensão do fenômeno. Modelos acoplados e desacoplados também são analisados e comprovadamente respondem de forma diferente devido aos efeitos localizados na interface tubo-fluido e aos mecanismos de transferência de energia que ocorrem de forma diferente em ambas as abordagens.