Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15099
Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Escolamento laminar de líquidos não-newtonianos em seções anulares: estudos de CFD e abordagem experimental
Author: Pereira, Fabio de Assis Ressel
First Advisor: Ataide, Carlos Henrique
First coorientator: Barrozo, Marcos Antonio de Souza
First member of the Committee: Henrique, Humberto Molinar
Second member of the Committee: Murata, Valeria Viana
Third member of the Committee: Passos, Maria Laura de Azevedo
Summary: O escoamento de fluidos em regiões anulares tem grande destaque na indústria petrolífera, tanto na perfuração, com o carreamento das partículas pelos fluidos de perfuração, quanto na elevação artificial do petróleo por sistemas de bombeamento com cavidades progressivas. A constante preocupação com custos de operação e a necessidade cada vez mais freqüente de aumentos nas capacidades de produção implicam em vazões cada vez maiores nos poços. Com isso as perdas de carga ao longo do anular tubo/eixo passaram a representar uma quantia significativa da energia total a ser fornecida e consequentemente a sua determinação assumiu papel importante no dimensionamento de tais unidades. No estudo desenvolvido, a análise do campo de escoamento de líquidos, baseou-se numa abordagem experimental e também na utilização de técnicas numéricas de fluidodinâmica computacional (CFD). Na parte experimental, montou-se uma unidade piloto para investigar o fluxo horizontal de líquidos não Newtonianos na região anular formada por dois tubos em arranjos concêntrico e excêntrico. Os ensaios experimentais planejados foram conduzidos no sentido de avaliar o efeito das principais variáveis sobre a queda de pressão, como: excentricidade do sistema (e=0,00; e=0,75), rotação do eixo (0>w>600 RPM), concentração polimérica (0,25 < Cp < 0,55%) e vazão de escoamento (0,2 < Q < 2,2 m³/h). O trabalho realizado também contempla, através da simulação empregando códigos comerciais de CFD, a investigação das condições experimentais testadas na análise dos perfis: de queda de pressão, do comprimento de entrada, de velocidades axial e tangencial e trajetória de escoamento. Usualmente, considera-se que essas variáveis são relevantes no entendimento pormenorizado do escoamento de fluidos de perfuração e das partículas por elas transportadas. A comparação dos resultados experimentais e simulados mostrou boa concordância, permitindo a satisfatória avaliação do desempenho da técnica numérica empregada. A capacidade preditiva da técnica numérica também foi observada, considerando alguns resultados experimentais reportados na literatura, buscando uma forma de verificação de modelos matemáticos adotados bem como os algoritmos de acoplamento e a malha computacional empregada.
Abstract: The annular flow has great importance in the oil industry, in drilling operations with cuttings removal by drilling mud and also in petroleum artificial lifting, with progressive cavity pumping systems. The constant concern about operation costs and the more frequent necessity of raising the production capacity implies in larger flow through oil wells. In this way the pressure drop through the annular region started to represent a significant amount of the overall energy to be supplied, consequently its prediction assumed an important role in the dimensioning of these units. In the present study, the flow field analysis was based on experimental approach and also applying numeric techniques of computational fluid dynamics (CFD). In the experimental part, a pilot unit was assembled to investigate the horizontal flow of non-Newtonian liquids though the annular space formed by two tubes with concentric and eccentric layouts. The planned experimental assays were conduced to evaluate the effect of the main variables over the pressure drop, such as: system geometry (e=0,00; e=0,75), shaft rotation (0 < W < 600 RPM), polymeric concentration (0,25 < CP < 0,55 %) and fluid flow (0,2 < Q < 2,2 m3/h). This work also contemplates, through commercial CFD codes simulations, the investigation of experimental conditions by analyzing the profiles: of pressure drop, entrance length, axial and tangential velocities and flow trajectories. Considering that these variables are relevant to the whole understanding of drilling mud flow and cuttings transport. The comparison between the results obtained by the two techniques showed good agreement, allowing a satisfactory performance valuation of the numeric technique. The prediction capacity was also observed considering some experimental results reported in the literature, in order to verify the adopted mathematical models, the coupling algorithms and the computational grid used.
Keywords: Escoamento anular
Fluidodinâmica computacional
Regime laminar
Annular flow
Computational fluid dynamic
Laminar flow
Non-Newtonian
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Language: por
Country: BR
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Institution Acronym: UFU
Department: Engenharias
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote: PEREIRA, Fabio de Assis Ressel. Escolamento laminar de líquidos não-newtonianos em seções anulares: estudos de CFD e abordagem experimental. 2006. 251 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2006.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15099
Date of defense: 27-Jul-2006
Appears in Collections:TESE - Engenharia Química

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Fabio parte 1.pdf1.83 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open
Fabio parte 2.pdf1.48 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open
Fabio parte 3.pdf1.09 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open
Fabio parte 4.pdf1.78 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open
Fabio parte 5.pdf1.15 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.