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E SCOAMENTO DE L ÍQUIDO NA ESTEIRA DE UMA BOLHA DE TAYLOR GRUPO 3 Alunos: Gabriel Fávaro Paulo Portilho EM974 - Métodos Computacionais em Engenharia Térmica.

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1 E SCOAMENTO DE L ÍQUIDO NA ESTEIRA DE UMA BOLHA DE TAYLOR GRUPO 3 Alunos: Gabriel Fávaro Paulo Portilho EM974 - Métodos Computacionais em Engenharia Térmica e Ambiental

2 Conteúdo Introdução Método Numérico: – Condições de Contorno; – Resultados Numéricos; – Cálculo do Comprimento da Esteira; – Análise da variação do Comprimento da Esteira; – Conclusões.

3 I NTRODUÇÃO

4 Escoamento Gás-Líquido Presença de duas fases em uma tubulação. Orientação do tubo: vertical, inclinado e horizontal. Aplicações na indústria: – extração de petróleo; – trocadores de calor; – caldeiras; – processos químicos.

5 Padrões de Gás-Líquido em um Escoamento Vertical Classificação de Taitel et. al. (1980): – Bolhas (1) ; – Pistões (2) ; – Agitante (3) ; – Anular (4). (1) (2)(3) (4)

6 Escoamento Pistonado (slug flow) Bolha de Taylor. Filme de Líquido. Pistão de Líquido. Velocidades características. Linhas de Corrente: – Referencial Estacionário (A); – Referencial com vel. Uniforme (B). Perfil de Velocidade de Moissis et. al. (1962).

7 M ÉTODO N UMÉRICO

8 Domínio Utilizado Objetivos: Simular a esteira da bolha no pistão de líquido. O domínio: – Dimensões: axial (8D) e radial (D/2); – Inlet: velocidade (Ut+Uf); – Parede: velocidade (Ut); – Outlet: pressão atmosférica; – Modelo de Turbulência : KE Low-Reynolds.

9 M ÉTODO N UMÉRICO C ONDIÇÕES DE CONTORNO

10 Parâmetros de Entrada Diâmetros: 26, 50 e 75 mm. Velocidades de Mistura (J): 1, 2 e 3 m/s.

11 Cálculo da Espessura do Filme ( δ ) Cálculo de Ut: Cálculo de Uf: (Brotz) (Balanço de Massa)

12 Cálculo da Espessura do Filme ( δ ) Frações de Vazio: Espessura do Filme:

13 M ÉTODO N UMÉRICO R ESULTADOS NUMÉRICOS

14 Convenções Velocidades: W (direção Z) e V (direção Y). W1 e V1: referencial móvel. W2 e V2: referencial estacionário. Simulação para exemplo: D=75 mm e J=3 m/s.

15 Gráficos de Contorno W1 e V1

16 Perfis de Velocidade: Referencial estacionário Axial (W2)Radial (V2)

17 Verificação da Convergência

18 Verificação da Convergência Valor normalizado da distância a parede, Y+. Y+ < 5

19 M ÉTODO N UMÉRICO C ÁLCULO DA R EGIÃO DA E STEIRA

20 A região da Esteira Nomenclatura: – Lw: comprimento da esteira; – Ld: comprimento da região desenvolvida.

21 A região da Esteira Critério: Velocidade apresentar variação de 2% em relação a velocidade no OUTLET no centro do tubo (r/R=0).

22 M ÉTODO N UMÉRICO A NÁLISE DA V ARIAÇÃO DO C OMPRIMENTO D A E STEIRA

23 Tabela de Resultados

24 Influência de Reynolds da Mistura

25 Influência de Reynolds do Filme 26 mm 50 mm 75 mm

26 Influência da Espessura do Filme( δ)

27 Conclusões Variação de Lw/D menor que literatura: – Moissis et. al. (1962): 8D; – Pinto (2006): 12,5D; – Presente Trabalho: 3,5D a 5D. Sugestão para próximos trabalhos: – Maior número de simulações para avaliar melhor os parâmetros adimensionais.

28 P ERGUNTAS ?


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