[en] FORCED CONVECTION IN LAMINAR FLOWS OF VISCOPLASTIC LIQUIDS THROUGH TUBES AND ANNULI
[pt] Escoamentos de fluidos não Newtonianos são comumente encontrados em processos industriais. Deste modo, é importante conhecer bem o efeito dos processos sobre a reologia desta classe de fluidos, assim como o inverso, ou seja, conhecer o efeito da interferência da reologia de tais fluidos sob...
| Main Author: | |
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| Other Authors: | |
| Language: | pt |
| Published: |
MAXWELL
2005
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| Subjects: | |
| Online Access: | https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=5857@1 https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=5857@2 http://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.5857 |
| Summary: | [pt] Escoamentos de fluidos não Newtonianos são comumente
encontrados em processos industriais. Deste modo, é
importante conhecer bem o efeito dos processos sobre a
reologia desta classe de fluidos, assim como o inverso,
ou seja, conhecer o efeito da interferência da reologia de
tais fluidos sobre os processos. Fluidos não Newtonianos
exibem complexidade no seu comportamento mecânico, não
encontrada nos fluidos Newtonianos, como, por exemplo,
dependência da viscosidade com a taxa de cisalhamento
e a existência de uma tensão-limite de escoamento não nula.
Verifica-se, atualmente, a existência de uma ampla lacuna
na literatura no que diz respeito µa compreensão da
interação de fluidos não newtonianos em diferentes
geometrias de escoamento, em particular sob o ponto de vista
térmico. Algumas geometrias, por serem mais comuns nas
linhas industriais, têm recebido maior atenção nas
investigações sobre o referido aspecto, como, por exemplo,
os casos do tubo circular e do espaço anular. Encontra-se
uma maior quantidade de trabalhos publicados de estudos
analíticos ou de simulação numérica, enquanto que são raros
os artigos baseados em investigações experimentais. No
presente trabalho, o qual teve como motivação a avaliação
do comportamento térmico de um poço de petróleo durante sua
perfuração, estudou-se experimentalmente o efeito da
reologia do fluido no processo de transferência de calor em
espaços anulares e, também, em tubos. O objetivo foi
determinar o coeficiente interno de transferência de calor
(Número de Nusselt) para o caso de parede interna com fluxo
de calor uniforme e parede externa adiabática para o anular
e fluxo de calor uniforme para o tubo. Utilizou-se um
fluido do tipo viscoplástico, que reproduz bem o
comportamento do fluido de perfuração, em diferentes
concentrações, no intuito de se observar a influência da
reologia do fluido no escoamento não isotérmico. Diferentes
razões de raios do espaço anular foram estudadas. Os
resultados experimentais mostram que, em escoamentos
laminares e completamente desenvolvidos, a reologia do
fluido não afeta a transferência de calor no espaço anular,
sendo esta, fundamentalmente, dependente da geometria.
Estes resultados estão de acordo com previsões teóricas
recentemente publicadas, e a principal contribuição do
presente trabalho é confirmar este resultado surpreendente,
que torna mais simples os projetos envolvendo o escoamento
de materiais viscoplásticos em espaços anulares sob as
condições de contorno investigadas. === [en] Non-Newtonian fluids flow are very common in industrial
processes, so it is important to know both the effect of
the process on the fluid and vice-versa. Non-Newtonian
Fluids exhibit complex mechanical behavior not found in
Newtonian fluids, such as shear-rate-dependent viscosity
and non-zero Yield stress. Nowadays there is a lack of
understanding in the literature of the interaction among
non-Newtonian fluids and different flow geometries,
particularly as far as heat transfer is concerned. Some
geometries are found more frequently in industrial
processes, being, accordingly, a more frequent subject of
research. Among these are the tubes and annuli. Most of the
published articles about this subject are analytical
studies or numerical simulations, while those based on
experimental investigations are rather scarce. This work is
focused in the evaluation of the thermal behavior of
oil wells during the flow of the drilling fluid. The effect
of fluid rheology on heat transfer in annular spaces and
circular tubes was investigated experimentally. The purpose
was to determine the convective heat transfer coefficient
(Nusselt number). The boundary conditions for the annuli
were uniform heat flux at the inner wall and adiabatic
outer wall, while, for the tube, the heat flux at the wall
was kept constant and uniform. To mimic the drilling fluid
mechanical behavior, the working fluids were viscoplastic
liquids at different concentrations. For the annuli,
different radius ratios were studied. The experimental
results showed that, for laminar and fully developed flow
in the annuli, the fluid rheology does not affect the
Nusselt number, which is governed by the radius ratio only.
These results are in agreement with recently published
theoretical predictions, and the main contribution of this
work is to confirm this surprising result, which renders
simpler the projects involving non-Newtonian fluids flowing
in annuli under the thermal boundary conditions
investigated. |
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