Estudo experimental e numérico do escoamento estratificado óleo-viscoso/água

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Bochio, Gustavo
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Computational fluid dynamics; Dinâmica de fluidos computacional; Escoamento bifásico; Escoamento estratificado; Experimentos; Experiments; Modelo unidimensional; Óleo-água; One-dimensional model; Stratified oil-water flow; Two-phase flow; Volume-of-fluid
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18147/tde-11112021-111526/

O escoamento estratificado óleo-água é de grande interesse para a indústria de petróleo, pois é comumente observado em oleodutos e poços direcionais. Nos últimos anos, diversos trabalhos surgiram com o intuito de analisar esse tipo de escoamento, seja através de dados experimentais ou de modelos numéricos. Contudo poucos deles focam suas análises no escoamento de líquidos com alta razão de viscosidade. Outro ponto importante é o fato que fenômenos dinâmicos comuns nesse escoamento, como a formação de ondas interfaciais e entranhamento de gotas são difíceis de modelar e motivo de estudo recorrente na área. Nesse contexto, este trabalho avalia o escoamento estratificado de óleo viscoso e água através de três abordagens distintas e complementares: experimentos, modelagem unidimensional e modelagem tridimensional utilizando técnicas de CFD. Os dados experimentais são utilizados para a validação e fechamento de correlações usadas nos modelos numéricos. A modelagem unidimensional baseia-se em um modelo da literatura, desenvolvido para escoamentos estratificados ondulados e adiciona a ele efeitos do entranhamento, através de alterações na equação de quantidade de movimento e nas propriedades médias dos fluidos. As simulações em CFD, com a técnica \"Volume-of-fluid (VOF)\", tentam capturar os fenômenos dinâmicos associados a escoamentos estratificados ondulados e com mistura na interface e determinar parâmetros locais do escoamento, que não podem ser obtidos através da modelagem unidimensional simplificada. Através dos dados experimentais foi possível levantar dados de distribuição de fases, fração volumétrica, perda de carga, características interfaciais e fatores de entranhamento. Os resultados dos modelos indicam vantagem na utilização de CFD frente ao modelo unidimensional para escoamentos estratificados liso e ondulado, principalmente utilizando simulações de grandes escalas para a turbulência. Para o padrão estratificado com mistura na interface, tanto o modelo em CFD quanto a modelagem unidimensional padrão mostraram-se incapazes em capturar todas as nuances do escoamento, contudo o novo modelo unidimensional proposto mostra bons resultados para a análise desse padrão de escoamento e é uma modelagem promissora que precisa ser testada mais a fundo.