[en] NUMERICAL STUDY OF PERTURBATION EVOLUTION ON GAS-LIQUID STRATIFIED FLOW IN HORIZONTAL PIPES
[pt] A estabilidade do escoamento estratificado de ar e água, sujeito a perturbações periódicas no nível de líquido, é investigada numericamente em um duto horizontal. Selecionou-se o Modelo de Dois Fluidos unidimensional para a simulação do escoamento. As equações de conservação de massa e de quant...
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| Language: | pt |
| Published: |
MAXWELL
2018
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| Online Access: | https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=35540@1 https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=35540@2 http://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.35540 |
| Summary: | [pt] A estabilidade do escoamento estratificado de ar e água, sujeito a perturbações periódicas no nível de líquido, é investigada numericamente em um duto horizontal. Selecionou-se o Modelo de Dois Fluidos unidimensional para a simulação do escoamento. As equações de conservação de massa e de quantidade de movimento linear para as fases gás e líquido são discretizadas de acordo com o método dos Volumes Finitos. O acoplamento entre as equações é resolvido sequencialmente com uma versão modificada do método PRIME. Perturbações no nível de líquido foram introduzidas de maneira controlada na entrada da tubulação. A evolução dessas perturbações, ao longo da tubulação, é analisada e os resultados são comparados com as previsões fornecidas por um modelo baseado na teoria linear de Kelvin-Helmholtz. A velocidade de propagação, a frequência e o número de onda das perturbações apresentam excelente concordância entre a simulação e modelo, indicando que, de fato, ambas abordagens são capazes de prever características fundamentais dessas ondas. As taxas de crescimento previstas pelo modelo e as obtidas na simulação, também, foram comparadas apresentando razoável concordância. Os resultados mostram que a frequência da perturbação tem influência na taxa de amplificação e que ondas com frequências mais altas tendem a serem mais instáveis. Para tubulações longas, efeitos não lineares podem ser observados em regiões afastadas da entrada da tubulação. Nesse estágio é possível observar alterações no mecanismo de crescimento das perturbações. === [en] The stability of stratified air-water flow under the influence of periodic disturbances in the liquid level is investigated numerically for a horizontal pipe. One-dimensional two-fluid model is used for flow simulation.
Conservation equations for mass and linear momentum are discretized for both phases using a finite volume method. Coupling between equations is achieved by sequentially solving a modified version of PRIME method. Controlled disturbances are introduced in the flow by oscillating the liquid level at the pipe inlet. The evolution of the generated disturbances along the pipe is analyzed and the results are compared with predictions given by a model based on linear theory of Kelvin-Helmholtz (KH). An excellent agreement is obtained for velocity, frequency and wave number of the perturbations. This indicates that both approaches are capable to predict the fundamental characteristics of the waves. Amplifications rates predicted by simulation and model have been also compared and the results show a reasonable agreement. It is found that the frequency of the perturbations plays a role in the amplification rate. For increasingly higher frequencies the disturbances tends to be more unstable. The analysis is extended for long pipes, in such cases the growth rates changes at locations far from the inlet. It is conjectured that non linear mechanisms are related to observations. |
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