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Type: DISSERTAÇÃO DIGITAL
Degree Level: Mestrado
Title: Separação gás-líquido no escoamento bifásico intermitente em um duto anular
Title Alternative: Gas-liquid separation on the intermittent two-phase flow in a annular duct
Author: Vieira, Saon Crispim, 1985-
Advisor: Bannwart, Antonio Carlos, 1955-
Abstract: Resumo: Neste trabalho, investigou-se o fenômeno de separação gás-líquido no escoamento bifásico no interior de dutos anulares, através da realização de experimentos em uma bancada projetada exclusivamente para este fim e com a utilização de técnicas de medição multifásica aliadas ao uso câmeras de alta velocidade. O projeto da bancada baseou-se em uma análise adimensional e de similaridade dos fenômenos envolvidos, onde enumerou-se os principais números adimensionais que foram mantidos em escala quando comparados à um dispositivo real em operação na PETROBRAS. Estudou-se o escoamento bifásico intermitente no interior de dutos anulares levemente inclinados em relação à horizontal com o objetivo de estimar a fração de vazio no separador gás-líquido. Foram levantados experimentalmente, a partir do processamento de imagens, os parâmetros geométricos e cinemáticos da célula unitária, o que permitiu a elaboração de um modelo de fluxo de escorregamento específico para o duto anular sob estudo. As séries de pressão diferencial medidas foram relacionadas às ondas de fração de vazio, em um esforço para justificar o uso destes dados como ferramenta de identificação e caracterização de padrões de escoamento, especialmente úteis quando a visualização do escoamento não é possível, como na operação do dispositivo real. A partir da análise da fase da PSD cruzada entre os sinais de pressão diferencial normalizados, provou-se que há uma região do espectro onde há o acoplamento dos sinais de pressão diferencial com as ondas cinemáticas de fração de vazio (não somente com as ondas sônicas como era previsto), embora sejam necessárias melhorias nos métodos de processamento de sinais empregados. Os ensaios de separação gás-líquido realizados permitiram associar a eficiência de separação em função das variáveis operacionais da bancada, destacando-se o número de Froude da mistura e a fração de vazio sem escorregamento. Os resultados observados foram qualitativamente coerentes com os reportados na Revisão de Literatura, porém com grandes desvios quantitativos. Portanto, foi proposto um modelo semi-analítico que produziu resultados satisfatórios e fisicamente coerentes

Abstract: In this work, it was investigated the gas-liquid separation phenomenon in the two-phase flows inside the annular ducts, through experiments in a bench designed exclusively for this purpose employing multiphase measurement techniques allied to the use of high speed cameras. The bench design was based on a non-dimensional and similarity analysis of the phenomena involved, where it was enumerated the main dimensionless numbers that were kept in scale when compared to a real device in operation at PETROBRAS. The intermittent two-phase flow was studied inside annular ducts slightly horizontally inclined in order to estimate the void fraction at the gas-liquid separator intake. The geometric and kinematic parameters of the unit cell were experimentally obbtained from the acquired images processing, which allowed the proposal of a specific Drift Flux model for the annular duct under study. The acquired differential pressure time series were related to the void fraction waves, in an effort to justify the usage of these data as a tool aiming the flow patterns's identification and characterization, especially when flow visualization is not possible, as in field service. From the analysis of the phase cross-spectra between normalized differential pressure signals, it was demonstrated that there is a region of the spectrum where the differential pressure signals and the void fraction kinematic waves are coupled (not only with the sonic waves, as expected), although improvements in signal processing methods are needed. The gas-liquid separation tests allowed to associate the measured separation efficiency according to the bench operating non-dimensional variables, especially the the mixture Froude number and the no-slip void fraction. The results observed were qualitatively consistent with those reported in the Literature Review, however with large quantitative deviations. Therefore, a semi-analytical model was proposed that produced satisfactory and physically coherent results
Subject: Escoamento bifásico
Duto anular
Language: Português
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2018
Appears in Collections:FEM - Tese e Dissertação

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