Escoamento de líquido na esteira de uma bolha de Taylor

Apresentação em tema: "Escoamento de líquido na esteira de uma bolha de Taylor"— Transcrição da apresentação:

1 Escoamento de líquido na esteira de uma bolha de Taylor
EM974 – Métodos Computacionais em Engª Térmica e Ambiental Prof. Dr. Eugênio Spanó Rosa Escoamento de líquido na esteira de uma bolha de Taylor Gustavo Lourenço Lopes Lais Labs Assis

2 Introdução Padrões de escoamento gás-líquido: Bolhas (1) Pistões (2)
Agitante (3) Anular (4) (1) (2) (3) (4) Classificação de Taitel et. al. (1980)

3 Introdução Bolha de Taylor – escoamento pistonado (slug flow)

4 Motivação Escoamento gás-líquido presente em diversos processos industriais: Trocadores de calor Caldeiras Produção de petróleo Processos químicos

5 Objetivos Traçar 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 𝜏 𝑤 /𝜌 na parede do tubo ao longo de seu comprimento. Traçar velocidades radiais para diferentes pontos do tubo

6 Razão entre área de gás (Ag) e área total (At)­:
Teoria Uf – velocidade do filme de líquido Ut – velocidade da bolha Razão entre área de gás (Ag) e área total (At)­: 𝛼= Ag At

7 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

8 𝑈 𝑡 = 𝐶 𝑜 .𝐽+ 𝐶 ∞ . 𝑔.𝐷. ( 𝜌 𝑙 − 𝜌 𝑔 ) 𝜌 𝑙
Condições de Contorno Determinação da velocidade da bolha (Zukoski) 𝑈 𝑡 = 𝐶 𝑜 .𝐽+ 𝐶 ∞ . 𝑔.𝐷. ( 𝜌 𝑙 − 𝜌 𝑔 ) 𝜌 𝑙 Determinação da velocidade do filme Equação de Brotz: 𝑈 𝑓 =9,916 𝑔𝐷 1− 𝛼 0,5 𝛿= 𝐷 2 . 1− 𝛼 0,   Equação de balanço de massa: 𝑈 𝑓 = 𝑈 𝑡 + 𝐽− 𝑈 𝑡 1−𝛼

9 Condições de Contorno Processo iterativo para obter α e então Ut e Uf para D=26mm e J=3m/s alfa = 0,851 Ut = 3,77 m/s Uf = 1,39 m/s

10 Simulação Estratégia de convergência
1º - Simulação de regime transiente entre os instantes 0 e 0,005 s 2º - Simulação do regime permanente

11 Resultados e Conclusões
Campo de velocidades axial

12 Resultados e Conclusões Linhas de corrente
Zoom na região de recirculação

13 Resultados e Conclusões
Velocidade 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

14 Resultados e Conclusões
Velocidade axial na parede Velocidade tende para um valor constante na saída

15 Resultados e Conclusões
Perfis de velocidades axiais

16 Resultados e Conclusões
Tensão 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

17 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

18 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

19 OBRIGADO! PERGUNTAS?