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Doutorado - Henrique Stel de Azevedo

por dirppg-ct — publicado 20/11/2019 09h44, última modificação 20/11/2019 09h44
Estudo numérico e experimental do escoamento bifásico líquido-gás em um rotor centrífugo
Quando
11/12/2019
de 09h00 até 12h00
(America/Sao_Paulo / UTC-200)
Onde
Sede Ecoville: Sala EN-100
Pessoa de contato
Prof. Rigoberto Eleazar Melgarejo Morales
Participantes
Orientador(a): Prof. Rigoberto Eleazar Melgarejo Morales, Dr. - UTFPR
Coorientador(a): Prof. Sergio Chiva Vicent, Dr. - UJI
Banca examinadora:
Presidente: Prof. Rigoberto Eleazar Melgarejo Morales, Dr. - UTFPR
Prof. Jader Riso Barbosa Junior, Dr. - UFSC
Geraldo Afonso Spinelli Martins Ribeiro, Dr. - PETROBRAS
Prof. Paulo Henrique Dias dos Santos, Dr. - UTFPR
Prof. Moises Alves Marcelino Neto, Dr. - UTFPR
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Resumo: Bombas centrífugas estão sujeitas a bruscas variações de padrões de escoamento e degradação de desempenho quando operam com escoamentos bifásicos de líquido-gás. Estudos a respeito do tema são majoritariamente experimentais e focados em avaliação de desempenho, com pouca informação sobre a física do problema e raros trabalhos numéricos encontrados na literatura. Essas carências motivaram o desenvolvimento de um estudo numérico e experimental do escoamento líquido-gás em um rotor centrífugo plano. A modelagem matemática adotada para resolver o escoamento bifásico é baseada no Modelo de Dois Fluidos e em um modelo polidisperso de múltiplos grupos dimensionais, incluindo o efeito de diversas interações interfaciais de escoamentos líquido-gás, como quebra e coalescência de bolhas. Simultaneamente, foi desenvolvido um estudo experimental através do uso de uma bancada projetada para a medição do ganho de pressão do rotor estudado, bem como técnicas para visualização e processamento de imagens dos padrões de escoamento e medição da fração de vazio de entrada. A obtenção desses parâmetros experimentalmente é fundamental para suportar o modelo numérico com condições de contorno realistas e dados para validação, com o objetivo de calibrá-lo para resolver de forma consistente o escoamento bifásico de líquido-gás em rotores centrífugos. Os resultados obtidos permitiram o estudo de detalhes do padrão de escoamento bifásico de líquido-gás em rotores, ajudando a entender os mecanismos físicos que levam à degradação de desempenho de bombas centrífugas nesse tipo de operação, sendo um tema de interesse para a segurança de plantas nucleares, na produção de petróleo, entre outras aplicações.
Palavras-chave: escoamento líquido-gás, rotor centrífugo, modelagem polidispersa, numérico, experimental

Numerical and experimental study of the two-phase gas-liquid flow in a centrifugal rotor
Abstract: Centrifugal pumps are subjected to sudden flow pattern variations and performance degradation when operating with two-phase gas-liquid flows. Studies about this subject are majorly experimental and focused on performance evaluation, with few information about the physical mechanisms behind the problem and rare numerical works found in literature. These needs motivated the development of a numerical and experimental study of the gas-liquid flow in a flat centrifugal rotor. The mathematical modeling adopted to solve the two-phase flow is based on the Two-Fluid Model and a multiple-size group, polydispersed approach, including the effect of several interface interactions of gas-liquid flows, such as bubble breakup and coalescence. Simultaneously, an experimental approach to the problem is proposed by means of an experimental loop designed to measure the pressure rise through the studied rotor, as well as techniques for visualization and image processing of the flow patterns and intake void fraction measurement. Obtaining such parameters by experimental methods proves to be paramount to support the numerical model with realistic boundary conditions and validation data, in order to calibrate it to consistently solve the gas-liquid flow in centrifugal rotors. Results from this work allowed a detailed examination of the two-phase flow pattern in impellers, helping to understand the physical mechanisms that lead to performance degradation of centrifugal pumps for this kind of operation, a topic which is of interest for safety of nuclear plants, in petroleum production, among others.
Keywords: gas-liquid flow, centrifugal rotor, polydispersed modeling, numerical, experimental.


Lista de publicações:
STEL, H.; SIRINO, T. ; PONCE, F.J. ; CHIVA, S. ; MORALES, R.E.M. . Numerical Investigation of the Flow in a Multistage Electric Submersible Pump. Journal of Petroleum Science and Engineering, v. 136, p. 41-54, 2015.

STEL, H.; CUBAS, J. M. C. ; OFUCHI, E. M. ; DUNAISKI, R. ; PINHEIRO, R. O. ; MENDOZA, C. E. R. S. C. ; BERTOLDI, D. ; MARCELINO NETO, M. A. ; CHIVA, S. ; MORALES, R. E. M. . Numerical and Experimental Investigation of Gas-liquid Flows in Centrifugal Pumps. In: 15th Multiphase Flow Conference and Short Course, 2017, Dresden. 15th Multiphase Flow Conference and Short Course, 2017.

STEL, HENRIQUE; OFUCHI, EDGAR M. ; SABINO, RENZO H. G. ; ANCAJIMA, FELIPE C. ; BERTOLDI, DALTON ; MARCELINO NETO, MOISES A. ; MORALES, RIGOBERTO E.M. . Investigation of the Motion of Bubbles in a Centrifugal Pump Impeller. Journal of Fluids Engineering-Transactions of the ASME, v. 141, p. 031203, 2019.

STEL, H.; OFUCHI, E.M. ; ALVES, R. F. ; CHIVA, S. ; MORALES, R. E. M. . Experimental Visualization of Gas-Liquid Flow Patterns in a Centrifugal Rotor. In: ASME - JSME - KSME Joint Fluids Engineering Conference 2019, 2019, San Francisco, CA. Proceedings of the ASME - JSME - KSME Joint Fluids Engineering Conference 2019, 2019.

STEL, H.; OFUCHI, E. M. ; CHIVA, S. ; MORALES, R. E. M. . Numerical and Experimental Study of Gas-Liquid Flows in a Centrifugal Rotor. In: 10th International Conference on Multiphase Flow - ICMF 2019, 2019, Rio de Janeiro. 10th International Conference on Multiphase Flow - ICMF 2019, 2019.