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dc.creatorDuarte, Carlos Antonio Ribeiro-
dc.date.accessioned2017-04-06T13:24:27Z-
dc.date.available2017-04-06T13:24:27Z-
dc.date.issued2017-03-31-
dc.identifier.citationDUARTE, Carlos Antonio Ribeiro. Simulation of a new pipe design for erosion reduction in curves. 2017. 179 f.Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2017. DOI http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2017.85.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufu.br/handle/123456789/18329-
dc.description.abstractPneumatically conveyed particles are commonly responsible for triggering the erosion process by impacts on the wall. Those impacts result from the fluid-particle interaction and understanding its mechanisms is the key to mitigate the erosion damage in engineering applications. In general, erosion due to particle impingement, which can occur in a variety of practical cases, is often the key factor in pipeline failure. Parts such as elbows, for instance, are particularly prone to erosion issues. In the first part of this thesis, the Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes (URANS) equations are combined with a stochastic Lagrangian particle tracking scheme considering all relevant elementary processes (drag and lift forces, particle rotation, inter-particle collisions, particle-wall interactions, coupling between phases) to numerically predict the erosion phenomenon on a 90 elbow pipe. After a detailed validation of the erosion model based on the experimental data of Solnordal et al. (2015), several cases regarding the wall roughness and static and dynamic coefficients of friction are analysed to elucidate the nature of the erosive process. For such analysis, more fundamental variables related to particle-wall interactions (impact velocity, impact angle, impact frequency) were used to scrutinize the basic erosion mechanisms. Finally, to prove the importance of inter-particle collision on elbow erosion, different mass loadings are additionally simulated. Especially for the high mass loading cases, interesting results about the role of the inter-particle collisions on elbow erosion are enlightened. In a second step, we propose a novel pipe wall design in order to reduce the erosion on a 90 elbow. This design consists of twisting the pipe wall along the flow streamwise direction. Basically, such configuration generates a swirling motion of the flow upstream of the elbow and consequently re-disperse the transported particles, preventing them to focus on a single point at the elbow. Based on a four-way coupled simulation, the simulations were run for the new pipe wall design. To understand the nature of the erosive process on the new pipe wall design, the above-mentioned variables regarding the particle-wall interaction were evaluated. In general, it was found that the changes in the multiphase flow promoted by the twisted pipe wall are effective for reducing elbow erosion. The numerical simulations reveal that the pipeline equipped with a twisted pipe wall reduces the peak of erosion depth up to 33% on the elbow when compared to the conventional pipe.pt_BR
dc.languageengpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Uberlândiapt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectEngenharia mecânicapt_BR
dc.subjectDesgaste mecânicopt_BR
dc.subjectTransporte por tubo pneumáticopt_BR
dc.subjectAbordagem Euler-Lagrange URANSpt_BR
dc.subjectUma via, duas vias e quatro vias de acoplamentopt_BR
dc.subjectModelagem da erosão em cotovelospt_BR
dc.subjectÂngulo de impactopt_BR
dc.subjectVelocidade de impactopt_BR
dc.subjectEfeito de amortecimentopt_BR
dc.subjectParede de tubo inovadorapt_BR
dc.subjectMitigação de erosãopt_BR
dc.subjectErosão ar-areiapt_BR
dc.subjectEulerian-Lagrangian URANS approachpt_BR
dc.subjectOne-waypt_BR
dc.subjectTwo-way and four-way couplingpt_BR
dc.subjectElbow erosion modelingpt_BR
dc.subjectParticle impact anglept_BR
dc.subjectParticle impact velocitypt_BR
dc.subjectCushioning effectpt_BR
dc.subjectInnovative pipe wallpt_BR
dc.subjectErosion mitigationpt_BR
dc.subjectAir-sand erosionpt_BR
dc.titleSimulation of a new pipe design for erosion reduction in curvespt_BR
dc.typeTesept_BR
dc.contributor.advisor1Souza, Francisco José de-
dc.contributor.advisor1Latteshttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4703183Y4pt_BR
dc.contributor.referee1Silveira Neto, Aristeu da-
dc.contributor.referee1Latteshttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4781876D5pt_BR
dc.contributor.referee2Franco, Sinésio Domingues-
dc.contributor.referee2Latteshttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4786105Z3pt_BR
dc.contributor.referee3Meier, Henry França-
dc.contributor.referee3Latteshttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4782278U4pt_BR
dc.contributor.referee4Noriler, Dirceu-
dc.contributor.referee4Latteshttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4762481H3pt_BR
dc.creator.Latteshttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4448722D2pt_BR
dc.description.degreenameTese (Doutorado)pt_BR
dc.description.resumoPartículas transportadas pneumaticamente são comumente responsáveis por desencadear o processo de erosão por impactos na parede. Esses impactos resultam da interação fluido-partícula e a compreensão de seus mecanismos é a chave para mitigar os danos causados pela erosão em aplicações de engenharia. Em geral, a erosão causada por impacto de partículas, que pode ocorrer em uma variedade de casos práticos, é frequentemente o fator principal na falha de tubulações. Acessórios como cotovelos, por exemplo, são particularmente propensos a problemas de erosão. Na primeira parte desta tese, as equações médias de Reynolds transiente (URANS) são combinadas com um modelo lagrangeano estocástico de rastreamento de partículas considerando todos os processos elementares relevantes (forças de arrasto e sustentação, rotação das partículas, colisões entre partículas, interações partícula-parede, acoplamento entre as fases) para predizer numericamente o fenômeno erosivo em um cotovelo de 90 . Após uma validação detalhada do modelo de erosão com base nos resultados experimentais de Solnordal et al. (2015), vários outros casos com diferentes rugosidades na parede e coeficientes de atrito estático e dinâmico são apresentados para elucidar a natureza do processo erosivo. Para tal análise, foram utilizadas variáveis mais fundamentais e que estão relacionadas às interações partículaparede (velocidade de impacto, ângulo de impacto, frequência de impacto) para examinar os mecanismos básicos de erosão. Finalmente, para provar a importância da colisão entre partículas na erosão do cotovelo, diferentes cargas mássicas são simuladas. Especialmente para os casos com carga mássica elevada, resultados interessantes sobre a importância das colisões entre partículas na erosão do cotovelo são abordados. Em uma segunda etapa, propomos um novo design para a parede da tubulação com o intuito de reduzir a erosão no cotovelo de 90 . Esta concepção consiste em torcer a parede do tubo ao longo do sentido principal do escoamento. Basicamente, tal configuração gera a rotação do fluido a montante do cotovelo e, consequentemente, re-dispersa as partículas transportadas, evitando que se concentrem diretamente em um único ponto no cotovelo. Com base em simulações com quatro vias de acoplamento, simulações são feitas para a configuração proposta. Para compreender a natureza do processo erosivo na nova geometria, as variáveis relativas as interações partícula-parede que foram mencionadas anteriormente também foram avaliadas. Em geral, verificou-se que as alterações no escoamento multifásico promovidas pela parede torcida são efetivas na redução da erosão no cotovelo. As simulações numéricas revelam que a tubulação equipada com o tubo torcido reduz o pico de profundidade de erosão no cotovelo em até 33% quando comparado ao tubo convencional.pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Engenharia Mecânicapt_BR
dc.sizeorduration179pt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICApt_BR
dc.identifier.doihttp://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2017.85-
dc.orcid.putcode81756424-
dc.crossref.doibatchidcfc6af78-95df-434f-8cba-ff3aa9588d23-
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