Diagnóstico de regimes bifásicos em um circuito de circulação natural através de uma técnica de visualização

Este trabalho apresenta uma técnica de visualização para diagnóstico de regimes de escoamento bifásico água-vapor em um circuito de circulação natural. Os experimentos foram realizados no Circuito de Circulação Natural (CCN) do Laboratório de Termo-Hidráulica Experimental do Instituto de Engenharia Nuclear (LTE/IEN/CNEN), o qual consiste de um aquecedor, um trocador de calor, tubulações interligando estes componentes (perna quente, perna fria), e uma coluna de expansão. Na perna quente há uma seção transparente onde é possível observar o escoamento durante a operação do circuito em regime bifásico. Uma câmera de vídeo de alta velocidade foi posicionada em frente a seção transparente para filmagem, sendo os filmes gerados armazenados em um computador. Um aplicativo em MATLAB foi desenvolvido para o processamento das imagens. Esse aplicativo identifica a passagem de água e vapor por meio da diferença de pixels, gerando imagens em preto e branco correspondentes, respectivamente, a água e ao vapor. A partir do cálculo das áreas ocupadas pela água e bolhas de vapor nas imagens, obteve-se um indicador do regime de escoamento bifásico na forma de uma estimativa percentual da ocorrência de bolhas. Através desta metodologia três regimes foram diagnosticados: bubbly, “slug” e “churn”. Os resultados do software de diagnóstico concordam de modo satisfatório com a verificação visual dos vídeos filmados

Estudo experimental da circulação natural bifásica utilizando uma técnica de visualização

Este trabalho apresenta um estudo experimental da circulação natural bifásica em um circuito que simula, em escala reduzida, um sistema passivo de remoção de calor residual típico de reatores APWR (Advanced Pressurized Water Reactor). O circuito foi formado por um aquecedor, um trocador de calor e tubulações. O estudo experimental consistiu na aplicação de uma técnica de visualização, empregando uma filmadora de alta velocidade, para a medição do tamanho e velocidade de bolhas de vapor geradas no aquecedor com diferentes potências de aquecimento. A filmadora foi posicionada na região central da tubulação que liga o aquecedor ao trocador de calor, onde existe um trecho transparente. As imagens dos escoamentos foram processadas e analisadas através de um software comercial, que permitiu a determinação do comprimento e velocidade das bolhas. Os resultados obtidos foram então comparados com correlações disponíveis na literatura

Flow visualization of bubble behavior under two-phase natural circulation flow conditions using high speed digital camera

The present work aims at identifying ow patterns and measuring interfacial parameters in two-phase natural circulation by using visualization technique with high-speed digital camera. The experiments were conducted in the Natural Circulation Circuit (CCN), installed at Nuclear Engineering Institute/CNEN. The thermo-hydraulic circuit comprises heater, heat exchanger, expansion tank, the pressure relief valve and pipes to interconnect the components. A glass tube is installed at the midpoint of the riser connected to the heater outlet. The natural circulation circuit is complemented by acquisition system of values of temperatures, ow and graphic interface. The instrumentation has thermocouples, volumetric ow meter, rotameter and high-speed digital camera. The experimental study is performed through analysis of information from measurements of temperatures at strategic points along the hydraulic circuit, besides natural circulation ow rates. The comparisons between analytical and experimental values are validated by viewing, recording and processing of the images for the ows patterns. Variables involved in the process of identification of ow regimes, dimensionless parameters, the phase velocity of the ow, initial boiling point, the phenomenon of "ashing" pre-slug ow type were obtained experimentally

Estudo de escoamentos bifásicos estratificados usando técnicas ultra-sônicas

The aim of this work was to carry out a study on two-phase stratified flow applying ultrasonic techniques. A theoretical-numerical model was developed for the simulation of an ultrasonic flowmeter, combining the pulse-echo technique with the contrapropagating transmission technique, for application in stratified gas-liquid horizontal flow at circular ducts. The model is based on the Reynolds averaged Navier- Stokes equations, with the κ - ω closure turbulence model. The hydraulic coefficient, which expresses the ratio between the mean flow velocity in the liquid phase cross section and the mean velocity in the liquid phase along the ultrasonic path was obtained numerically. Experimentally, the flow regimes were generated in a horizontal test section formed by a stainless steel pipe with a circular cross section and by an acrylic transparent section in order to allow the flow visualization. The pulse-echo technique was used for measuring the liquid height, combined with a high-speed visualization technique to take pictures of the flow.O objetivo deste trabalho foi realizar um estudo de escoamentos bifásicos estratificados empregando técnicas ultra-sônicas. Um modelo teórico-numérico foi desenvolvido para simulação de um medidor ultra-sônico de vazão, que combina as técnicas de pulso-eco e de transmissão, para aplicação em escoamentos gás-líquido estratificados em dutos circulares horizontais. O modelo foi baseado nas equações de Navier-Stokes médias de Reynolds, junto com o modelo de turbulência κ - ω. Foi obtido numericamente o coeficiente hidráulico, que resulta de uma relação entre a velocidade média de líquido na seção do duto e a velocidade média de líquido ao longo da trajetória do feixe ultra-sônico. Experimentalmente, os escoamentos foram gerados em uma seção de testes horizontal constituída de um duto circular em aço inoxidável e de um trecho transparente em acrílico para permitir a visualização dos escoamentos. A técnica de pulso-eco foi usada para medição das alturas de líquido, junto com uma técnica de visualização de alta velocidade para filmagem dos escoamentos

Calibração por comparação do sistema de aquisição de dados de temperatura de um circuito de circulação natural

Este trabalho apresenta os procedimentos de calibração por comparação do sistema de aquisição de dados de temperatura do Circuito de Circulação Natural (CCN) do Instituto de Engenharia Nuclear (IEN). A instrumentação do circuito compreende 12 termopares do tipo K, um medidor de vazão eletromagnético, um sistema de aquecimento e controle, e um sistema de aquisição de dados de temperatura e vazão. A medição de temperaturas no CCN requer o conhecimento dos erros e incertezas dos equipamentos e sistemas envolvidos na medição. Para isso foi feita uma montagem experimental em bancada, formada por um banho termostático, um termômetro de bulbo de referência, doze termopares do tipo K e o sistema de aquisição de dados. A análise foi feita em duas etapas: inicialmente foi feita uma avaliação estatística dos sinais dos termopares, através das diferenças das leituras entre eles. A segunda etapa consistiu na avaliação das incertezas envolvidas no procedimento de calibração utilizado

Experimental study of the falling film of liquid around a Taylor bubble

The present work reports an experimental study of the falling liquid film around single Taylor bubbles rising in vertical tubes filled with stagnant liquids by using a pulse-echo ultrasonic technique. The experiments were carried out in acrylic tubes 2.0 m long, with inner diameters of 0.019, 0.024 and 0.034 m, with five water-glycerin mixtures, corresponding to inverse viscosity number ranging from 15 to 22422. The rising bubble and the falling liquid film were measured by using ultrasonic transducers located at the one side of the tube. The velocity and profile of the Taylor bubble, and the development length and equilibrium thickness of the falling liquid film around the bubble were obtained by the ultrasonic signals processing. Based on the experimental results of the present study, several correlations available to estimate the equilibrium thicknesses of liquid films falling around Taylor bubbles were evaluated and new correlations were proposed to estimate the dimensionless equilibrium film thickness and the film development length respectively.Indisponível

sistema de destilação de água do Laboratório de Termo-hidráulica Experimental (LTE)

Este relatório técnico apresenta as modificações efetuadas no sistema de destilação da água utilizada no Laboratório de Termo-hidráulica Experimental – LTE. Uma bomba centrífuga auxiliar foi instalada no sistema junto com válvulas, conexões e tubulações novas, com o objetivo de alimentar os destiladores e transferir a água destilada para os tanques de armazenamento

Introdução à medida de vazão de água por técnicas ultra-sônicas

Este relatório técnico apresenta os fundamentos teórico-práticos da medição de vazão pela técnica ultrasônica de tempo de trânsito, de acordo com o estado da arte da literatura pesquisada. São apresentadas de forma ordenada os principais conceitos e práticas recomendadas para a correta utilização desta técnica por parte de pessoal interessado na sua aplicação e/ou pesquisa, que vão desde os fundamentos teóricos de modo simplificado passando pela instrumentação básica necessária descrevendo os seus componentes tais como gerador de pulsos, osciloscópio e transdutores, e finalmente a escolha e montagem corretas do sistema com recomendações acerca das suas possíveis configurações

Experimentos didáticos no circuito de água do Laboratório de TErmo-hidráulica Experimental (LTE/SETER/DIRE)

Este relatório técnico apresenta a apostila elaborada para as aulas práticas das disciplinas de Engenharia de Reatores I, II, III, do curso de Mestrado Profissional em Engenharia de Reatores do IEN. O objetivo das aulas é proporcionar conhecimentos práticos do procedimento do levantamento das curvas características de uma bomba centrífuga, determinação da perda de carga em válvulas em função da vazão, levantamento das características de 5 tipos de medidores de vazão, familiaridade com os instrumentos para a medida de vazão e de pressão, domínio dos conceitos físicos envolvidos e processamento computacional dos dados experimentais