Título

SIMULAÇÃO NUMÉRICA DO DESGASTE EROSIVO EM TUBULAÇÃO DE 4’’ PARTE II: TRANSPORTE DE ÁGUA, AR E AREIA, EM UM ESCOAMENTO ANULAR

NUMERICAL SIMULATIONS OF EROSION WEAR IN 4 in. PIPE: WATER-SAND-AIR TRANSPORT, IN AN ANNULAR FLOW

Autoria

Silva, Renato Pacheco; Franco, Sinésio Domingues; Neto, Aristeu da Silveira

DOI

10.5151/2594-5327-21146

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Resumo

Este trabalho tem como objetivo, avaliar o desgaste erosivo em uma tubulação de 4’’ transportando água,ar e areia, através de técnicas de CFD (Computational Fluid Dynamics). O trabalho foi realizado utilizando o software Fluent (Ansys Inc.). Como se trata de um escoamento trifásico é necessária a utilização de modelos capazes de prever o comportamento das diferentes fases na simulação. Foi utilizado então o modelo VOF (Volume of Fluid) para a predição do escoamento do par de fluidos ar-água, e o modelo de fase discreta para a predição do movimento das partículas erosivas. Utilizou-se a metodologia Urans (Unsteady Reynolds Averaged Navier Stokes), e modelo k-ω-SST para predição do escoamento anular, pois se trata de um problema transiente. A modelagem das fases contínuas (ar-água) é feita separadamente da modelagem da fase discreta. O particulado simulado foi injetado pelo acoplamento de uma via. De acordo com as velocidades propostas, foi observado qual padrão de escoamento deveria ser formado. Através da literatura tem-se que quando o ar tem uma velocidade superficial de 15 m/s e a água tem uma velocidade superficial de 1,5 m/s, o padrão de escoamento a ser formado é o padrão anular. Isto foi confirmado pela simulação. Pôde-se observar as regiões que sofreram mais desgaste erosivo nestas condições, fornecendo inclusive informações sobre a decantação desse particulado sólido para a parte inferior da tubulação como resultado da ação da força da gravidade.

 

This work has as main objective, to evaluate the erosive wear in a 4 inches pipe, transporting water, air and sand, through CFD (Computational Fluid Dynamics) techniques. The work was done using the software Fluent (Ansys Inc.). Because it involves a three phase flow phenomena, it is necessary to use models capable of predicting the behavior of the different phases on the simulation. So the model VOF (Volume of Fluid) was chosen to predict the pair of fluids water-air, and the discrete phase model to predict the erosive particles movement. The Urans (Unsteady Reynolds Averaged Navier Stokes) methodology was used, with the k-ω-SST model to predict the annular flow, because it is a transient problem. The continuous phase modeling (water-air) is done separately from the discrete phase modeling. The particles simulated were injected by the one way coupling. According to the proposed velocities, it was observed which flow pattern should be formed. Through the literature when the air has the superficial velocity of 15 m/s and the water has the superficial velocity of 1,5 m/s, the flow pattern to be formed is the annular. This was confirmed by the simulation. It was possible to observe regions suffering more erosive wear in these conditions, giving also informations about the decantation of this solid particles to the inferior part of the pipe as a result from the gravity force.

Palavras-chave

CFD; Simulação numérica; Desgaste erosivo; Trifásico.

CFD; Numerical simulation; Erosive wear; Restitution coefficient.