Study on stability and flow-pattern transitions of stratified flows in pipes (2023)
- Authors:
- Autor USP: VÁSQUEZ, DAVID ALEJANDRO LAZO - EP
- Unidade: EP
- Sigla do Departamento: PME
- Subjects: DINÂMICA DOS FLUÍDOS COMPUTACIONAL; ESCOAMENTO BIFÁSICO; ESTABILIDADE DE SISTEMAS; MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS
- Agências de fomento:
- Language: Inglês
- Abstract: A previsão de transição de padrão de escoamentos multifásicos é essencial na indústria de óleo e gás. Sistemas multifásicos em linhas longas são frequentemente simulados com o modelo unidimensional de dois fluidos, que consiste em uma média da seção transversal por fase das equações de Navier-Stokes. É comum usar métodos de volumes finitos de primeira ordem para resolver as equações; no entanto, com métodos de discretização de baixa ordem, instabilidades físicas podem ser atenuadas devido à difusão numérica excessiva durante o crescimento de ondas. Esta tese propõe um modelo capaz de prever potenciais transições de padrão de escoamento através da solução dinâmica do modelo de dois fluidos com elementos finitos do tipo Taylor-Hood para a discretização espacial, combinado com esquemas temporais implícitos. Ultimamente, os elementos finitos do tipo Taylor-Hood têm sido utilizados para resolver as equações de Navier-Stokes devido às suas propriedades de estabilidade numérica, evitando o uso de malhas deslocadas, prática comum no método dos volumes finitos. Neste estudo, as equações diferenciais são discretizadas espacialmente com uma formulação mista de: elementos do tipo Continuo Galerkin de alta ordem para as velocidades das fases e Continuo Galerkin de baixa ordem para a pressão interfacial e a altura de líquido. Através de mapas de padrão de escoamento baseados nas equações totalmente discretizadas, o modelo estima as curvas de estabilidade neutra e limites de um problema bem posto mediante a simulação do crescimento de ondas de líquido para escoamentos estratificados lisos dentro da região Kelvin-Helmholtz Viscosa e do limite de um problema bem posto. O efeito das condições iniciais, configuração de malha e a influência da inclinação da tubulação são investigadas mediante a análise deestabilidade das equações semi-discretizadas e a análise de Fourier das equações totalmente discretizadas. Os mapas de padrão de escoamento híbridos (equações diferenciais, equações discretizadas e de dados da literatura), baseados em instabilidades Kelvin-Helmholtz e simulações dinâmicas, mostram as regiões de estabilidade para o conjunto de condições analisado. O modelo está escrito em Python 3 e a plataforma de código aberto para métodos de elementos finitos FEniCS Project. O modelo permite a adição de termos de regularização ou outros métodos de discretização espacial e temporal para futuros estudos.
- Imprenta:
- Data da defesa: 04.09.2023
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ABNT
LAZO VÁSQUEZ, David Alejandro. Study on stability and flow-pattern transitions of stratified flows in pipes. 2023. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2023. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3150/tde-29042024-095418/pt-br.php. Acesso em: 06 jun. 2024. -
APA
Lazo Vásquez, D. A. (2023). Study on stability and flow-pattern transitions of stratified flows in pipes (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3150/tde-29042024-095418/pt-br.php -
NLM
Lazo Vásquez DA. Study on stability and flow-pattern transitions of stratified flows in pipes [Internet]. 2023 ;[citado 2024 jun. 06 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3150/tde-29042024-095418/pt-br.php -
Vancouver
Lazo Vásquez DA. Study on stability and flow-pattern transitions of stratified flows in pipes [Internet]. 2023 ;[citado 2024 jun. 06 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3150/tde-29042024-095418/pt-br.php
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