Two-phase flow circuit characterization by pressure drop mechanistic models, image processing technique and flow pattern mapping

dc.contributor.advisor1Ramos, Rogerio
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000000344932435
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2975022316691139
dc.contributor.authorLima, Tiago Guerzet Sardenberg
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000-0001-9342-8804
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/0937131036081956
dc.contributor.referee1Siqueira, Renato do Nascimento
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0002-8397-8180
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9791817633014124
dc.contributor.referee2Nascimento, Francisco Julio do
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0001-6306-5336
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/7391216899370096
dc.contributor.referee3Martins, Ramon Silva
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0002-4905-1453
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/0642654456195324
dc.date.accessioned2024-05-30T00:53:55Z
dc.date.available2024-05-30T00:53:55Z
dc.date.issued2022-08-01
dc.description.abstractTwo-phase flow phenomenon is considerably present in many industry sectors and plays an important role in multiple operations, processes and equipment projecting. Literature has shown that modeling these occurrences is not completely well understood and it is still a technological and conceptual challenge. In this way, predictions of flow pattern and friction loss are compared with visual observations and meters’ measurements, considering also an extensive bibliographic review on models for predicting patterns and behavior of multiphase flows. Further, such development is applied aiming to estimate the operational envelop of NEMOG’s multiphase flow circuit. A set of experiments is planned to verify the real operational capacity of the facility and results are further compared to predictions provided by models. In parallel, an image processing algorithm is developed to identify the liquid height through high-frame rate video recordings of a translucent test’s section. Using a selected region of interest, the output of liquid plug height over time is then used to calculate the gas velocity by two different approaches for intermittent flow patterns: geometrical and frequency shift. Furthermore, single-sided amplitude spectrum and power spectral density are studied in order to supply an additional tool to evaluate flow patterns. Capabilities and limitations of the algorithm are discussed, and possible future developments are indeed suggested. This study concluded that, selected mechanistic models are quite capable of providing an estimation of present flow patterns and pressure drop. However, localized pressure drop is not considered in these models, and it may be an issue for certain facilities. The image processing algorithm performed well for definite intermittent pattern and is a valid approach for collecting additional information of a two-phase flow. Situations in which the flow is not intermittent or liquid fraction and Reynolds number is high, represented a challenge to be overcame. Lastly, amplitude spectrum is considered an additional tool to identify two-phase flow pattens based on higher amplitude frequencies.
dc.description.resumoO fenômeno de escoamento bifásico é consideravelmente presente em diversos setores da indústria e representa um fator de importância em operações, processos e projetos de equipamentos. A literatura tem mostrado que modelar a ocorrência desse tipo de escoamento ainda não é completamente compreendido e é um desafio tecnológico e conceitual. Dessa forma, previsões de padrão de escoamento e perda de carga são comparadas com observações visuais e medições realizadas, considerando também uma extensiva revisão bibliográfica de modelos utilizados para previsão de padrões e comportamento do escoamento multifásico. Além disso, o presente desenvolvimento é utilizado para estimar o envelope operacional do circuito multifásico do NEMOG. Uma bateria de experimentos é planejada para verificar a real capacidade da instalação e os resultados são comparados com as previsões obtidas ao utilizar os modelos em questão. Em paralelo, um algoritmo de processamento de imagem é desenvolvido com o objetivo de identificar o nível de líquido por meio de vídeos de alta velocidade de uma seção translúcida do circuito de testes. Utilizando a seleção de uma região de interesse, o dado de saída contendo a altura do líquido ao longo do tempo é então usado para calcular a velocidade do gás por duas diferentes abordagens: geométrica e por defasagem de sinais. De maneira complementar, o espectro de amplitude unilateral e a densidade espectral de potência são estudados com o intuito de obter ferramentas adicionais para avaliar os padrões de escoamento. Capacidade e limitações do algoritmo são discutidos e possíveis futuros desenvolvimentos são sugeridos. O presente estudo concluiu que os modelos mecanicistas selecionados são consideravelmente capazes de fornecer uma estimativa de padrões de escoamento e perda de carga. Porém, as perdas de carga localizadas não são consideradas nesses modelos e isso pode representar uma desvantagem a depender da instalação a serem aplicados. O algoritmo de processamento de imagem teve um bom desempenho para o padrão de escoamento intermitente, se bem definido, e representa uma abordagem válida para coletar informações adicionais do escoamento. Situações em que o padrão de escoamento difere de intermitente ou em que a fração de líquido e número de Reynolds são elevados, representam um fator a ser futuramente desenvolvido. Por fim, o espectro de amplitude foi considerado como uma ferramenta adicional para identificar padrões de escoamento bifásico baseado nas frequências correspondentes aos eventos de maiores amplitudes.
dc.description.sponsorshipPetróleo Brasileiro S A (Petrobras)
dc.formatText
dc.identifier.urihttps://dspace5.ufes.br/handle/10/16165
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseMestrado em Engenharia Mecânica
dc.publisher.departmentCentro Tecnológico
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
dc.rightsopen access
dc.subjectMultiphase flow
dc.subjectPressure drop
dc.subjectMechanistic models
dc.subject.br-rjbnsubject.br-rjbn
dc.subject.cnpqEngenharia Mecânica
dc.titleTwo-phase flow circuit characterization by pressure drop mechanistic models, image processing technique and flow pattern mapping
dc.typemasterThesis

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