Post on 21-Mar-2016
description
Escoamento de líquido na esteira de uma bolha de
Taylor
EM974 – Métodos Computacionais em Engª Térmica e Ambiental
Prof. Dr. Eugênio Spanó Rosa
Gustavo Lourenço LopesLais Labs Assis
IntroduçãoPadrões de escoamento gás-líquido:
Classificação de Taitel et. al. (1980)
Bolhas (1)
Pistões (2)
Agitante (3)
Anular (4)(1) (2) (3) (4)
Introdução
Bolha de Taylor – escoamento pistonado (slug flow)
Motivação
Escoamento gás-líquido presente em diversos processos industriais:
Trocadores de calor
Caldeiras
Produção de petróleo
Processos químicos
ObjetivosTraçar linhas de corrente
Estabelecer regiões de recirculação
Determinar ponto de estagnação do escoamento
Obter gráficos da velocidade axial no centro e na parede
Traçar o gráfico de na parede do tubo ao longo de seu comprimento.
Traçar velocidades radiais para diferentes pontos do tubo
Teoria
Uf – velocidade do filme de líquido
Ut – velocidade da bolha
Razão entre área de gás (Ag) e área total (At) :
Modelo no PHOENICS
Modelo de turbulência: KE Low- Reynolds
Diâmetro do tubo: 26mm
Velocidade da mistura: 3 m/s
Comprimento do tubo: 12 vezes o diâmetro
Malha: NX= 1; NY= 55; NZ= 124
Fluido de trabalho: água a 20ºC
Referencial móvel com velocidade Ut
INLET com velocidade relativa Ut+Uf
Condições de Contorno
Determinação da velocidade da bolha (Zukoski)
Determinação da velocidade do filme
Equação de Brotz:
Equação de balanço de massa:
Condições de Contorno
Processo iterativo para obter α e então Ut e Uf para D=26mm e J=3m/s
0.7 0.72 0.74 0.76 0.78 0.8 0.82 0.84 0.86 0.88 0.9
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
Eq. De Brotz
Eq. Balanço de massa
alfa
Uf
(m/s
)
alfa = 0,851
Ut = 3,77 m/s
Uf = 1,39 m/s
Simulação
Estratégia de convergência
1º - Simulação de regime transiente entre os instantes 0 e 0,005 s
2º - Simulação do regime permanente
Resultados e ConclusõesCampo de velocidades axial
Resultados e ConclusõesLinhas de corrente
Zoom na região de recirculação
Resultados e ConclusõesVelocidade axial no centro do tubo
Velocidade no final do tubo ainda não constante, mas tendendo a estabilizar-se
Região de estagnação em z=0,08404m
Resultados e ConclusõesVelocidade axial na parede
Velocidade tende para um valor constante na saída
Resultados e ConclusõesPerfis de velocidades axiais
000 001 001000
005
010
015
020
025
030
035
X/D=2X/D=3X/D=4X/D=5
Resultados e ConclusõesTensão de cisalhamento na parede do tubo
Final do tubo: τ/ρ = 0,024
Valor 14,3% superior ao analítico, que é de
τ/ρ= 0,021
Sugestões para trabalhos futuros
Manter o método de convergência: 1ª simulação em regime transiente
dos milésimos de segundo iniciais; 2ª simulação em regime
permanente
Refinar mais a malha
Utilizar comprimento de tubo maior, em busca da estabilização da velocidade axial no centro e τ/ρ mais próximo do analítico
REFERÊNCIAS
Trabalho de graduação II – G. A. Alves Fávaro; “Escoamento de líquido na Esteira de uma bolha de Taylor”;
T.S. Mayor, A.M.F.R. Pinto, J.B.L.M Campos; “Vertical slug flow in laminar regime in the liquid and turbulent regime in the bubble wake – Comparison with fully turbulent and fully laminar regimes”;
C. Aladjem Talvy, L. Shemer, D. Barnea; “On the interaction between two consecutive elongated bubbles in a vertical pipe”
Taha Taha, Z.F. Cui; “CFD modelling of slug flow in vertical tubes”
Site www.fem.unicamp.br/~phoenics
OBRIGADO!
PERGUNTAS?