ABORDAGEM ALGÉBRICO-DIFERENCIAL APLICADA ÀS EQUAÇÕES DE BALANÇO PARA UM ESCOAMENTO BIFÁSICO LÍQUIDO-VAPOR (um espaço)

ABORDAGEM ALGÉBRICO-DIFERENCIAL APLICADA ÀS EQUAÇÕES DE BALANÇO PARA UM ESCOAMENTO BIFÁSICO LÍQUIDO-VAPOR (um espaço)

TEIXEIRA, R. G. D.; SECCHI, A. R.; BISCAIA JR, E. C.

Artigo:

O escoamento bifásico líquido-vapor por tubulações ocorre com frequência nas indústrias do petróleo e de energia nuclear. Cálculos de projeto, simulação e otimização de tais unidades de processo exigem métodos precisos e numericamente eficientes para a previsão de variações de pressão e frações volumétricas das fases em tais dutos. Este trabalho aborda um escoamento bifásico representativo de refinarias de petróleo, em estado estacionário. O problema foi equacionado através do modelo de mistura denominado Drift-Flux Model, resultando em quatro equações diferenciais de balanço, acrescidas de equações algébricas constitutivas. Propõe-se, como alternativa mais eficiente que as consolidadas técnicas iterativas baseadas na discretização por volumes finitos, a solução do modelo por métodos indicados para Sistemas de Equações Algébrico-Diferenciais. Foram obtidos ganhos de eficiência e resultados mais acurados frente à técnica mais difundida, confirmando-se a superior eficácia da proposta.

O escoamento bifásico líquido-vapor por tubulações ocorre com frequência nas indústrias do petróleo e de energia nuclear. Cálculos de projeto, simulação e otimização de tais unidades de processo exigem métodos precisos e numericamente eficientes para a previsão de variações de pressão e frações volumétricas das fases em tais dutos. Este trabalho aborda um escoamento bifásico representativo de refinarias de petróleo, em estado estacionário. O problema foi equacionado através do modelo de mistura denominado Drift-Flux Model, resultando em quatro equações diferenciais de balanço, acrescidas de equações algébricas constitutivas. Propõe-se, como alternativa mais eficiente que as consolidadas técnicas iterativas baseadas na discretização por volumes finitos, a solução do modelo por métodos indicados para Sistemas de Equações Algébrico-Diferenciais. Foram obtidos ganhos de eficiência e resultados mais acurados frente à técnica mais difundida, confirmando-se a superior eficácia da proposta.

Palavras-chave:

DOI: 10.5151/chemeng-cobeq2014-1819-17384-138257

Referências bibliográficas

• [1] BIRD, R. B.; STEWART, W. E.; LIGHTFOOT, E. N. Fenômenos de Transporte. Rio de Janeiro: Editora LTC – Livros Técnicos e Científicos, 2004.
• [2] BRENAN, K. E.; CAMPBELL, S. L.; PETZOLD, L. R. Numerical Solution of Initial-Value Problems in Differential-Algebraic Equations. Philadelphia: Editora Society for Industrial and Applied Mathematics, 1996.
• [3] Área temática: Simulação, Otimização e Controle de Processos 7BRILL, J. P.; MUKHERJEE, H. Multiphase Flow in Wells. Richardson: Society of Petroleum Engineers, 1999.
• [4] CHURCHILL, S. W.; BERNSTEIN, M. A Correlating Equation for Forced Convection From Gases and Liquids to a Circular Cylinder in Crossflow. J. Heat Transfer, v. 99, p. 300-306, 1977.
• [5] DAUBERT, T. E.; DANNER, R. P. API Technical Data Book – Petroleum Refining. Washington D.C.: American Petroleum Institute, 1997.
• [6] ISHII, M.; HIBIKI, T. Thermo-Fluid Dynamics of Two-Phase Flow. New York: Editora Springer, 2011.
• [7] JONES, D. S. J. S.; PUJADÓ, P. R. Handbook of Petroleum Processing. Dordrecht: Editora Springer, 2006.
• [8] KLEINSTREUER, C. Two-Phase Flow: Theory and Applications. New York: Editora Taylor Andamp; Francis, 2003.
• [9] KUNKEL, P.; MEHRMANN, V. Differential-Algebraic Equations – Analysis and Numerical Solution. Zürich: Editora European Mathematical Society, 2006.
• [10] LEVY, S. Two-Phase Flow in Complex Systems. New York: Editora John Wiley Andamp; Sons, 1999.
• [11] MANDHANE, J. M.; GREGORY, G. A.; AZIZ, K. A Flow Pattern Map for Gas-Liquid Flow in Horizontal Pipes. Int. J. Multiphase Flow, v. 1, p. 537-553, 1974.
• [12] MOKHATAB, S.; POE, W. A. Handbook of Natural Gas Transmission and Processing. Waltham: Editora Gulf Professional Publishing, 2012.
• [13] NOLTE, C. B. Optimum Pipe Size Selection. Houston: Editora Gulf Publishing Company, 1979.
• [14] PATANKAR, S. V. Numerical Heat Transfer and Fluid Flow. New York: Editora McGraw-Hill, 1980.
• [15] PROSPERETTI, A.; TRYGGVASON, G. Computational Methods for Multiphase Flow. Cambridge: Editora Cambridge University Press, 2007.
• [16] RIAZI, M. R. Characterization and Properties of Petroleum Fractions. West Conshohocken: American Society for Testing and Materials, 2005.
• [17] SMITH, T. R.; SCHLEGEL, J. P.; HIBIKI, T.; ISHII, M. Two-phase flow structure in large diameter pipes. Int. J. Heat Fluid Fl., v. 33, p. 156-167, 2012.
• [18] TALEBI, S.; KAZEMINEJAD, H.; DAVILU, H. A numerical technique for analysis of transient two-phase flow in a vertical tube using the Drift-Flux Model. Nucl Eng Des, v. 242, p. 316-322, 2012.
• [19] THOMAS, J. E. Fundamentos de Engenharia de Petróleo. Rio de Janeiro: Editora Interciência, 2001.
• [20] VERSTEEG, H. K.; MALALASEKERA, W. An Introduction to Computational Fluid Dynamics. Harlow: Editora Pearson Education, 2007.
• [21] XU, Y.; FANG, X. A new correlation of two-phase frictional pressure drop for evaporating flow in pipes. Int. J. Refrig., v. 35, p. 2039-2050, 2012.

Como citar:

TEIXEIRA, R. G. D.; SECCHI, A. R.; BISCAIA JR, E. C.; "ABORDAGEM ALGÉBRICO-DIFERENCIAL APLICADA ÀS EQUAÇÕES DE BALANÇO PARA UM ESCOAMENTO BIFÁSICO LÍQUIDO-VAPOR (um espaço)", p-12824-12831. In: Anais do XX Congresso Brasileiro de Engenharia Química - COBEQ 2014 [= Blucher Chemical Engineering Proceedings, v.1, n.2]. São Paulo: Blucher, 2015.
ISSN 23591757, DOI 10.5151/chemeng-cobeq2014-1819-17384-138257