Disturbances induced by an orifice plate on a horizontal air-water flow in the slug regime

Orientador: Eugênio Spanó RosaDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: As perturbações induzidas por uma placa de orifício em um escoamento de ar e água no regime intermitente são investigadas experimentalmente. A seção de testes é composta por uma tubulação de acrílico com diâmetro interno de 0,026 m e 1009 diâmetros de comprimento. A placa de orifício é caracterizada por um furo circular e concêntrico com bordas quadradas. Três placas de orifício com distintas razões de contração de área são testadas ao longo de três posições na seção de testes. A linha de testes possui quatro estações de medição, onde são medidos a fração de vazio e a pressão instantânea. Na placa de orifício, registra-se a evolução temporal da pressão diferencial. O processamento de dados é utilizado para calcular a velocidade de translação do nariz da bolha alongada bem como a frequência de passagem de golfadas. Na análise da pressão, usam-se valores médios e suas respectivas flutuações, as funções densidade de probabilidade e as densidades espectrais de potência com o intuito de estimar as perturbações causadas pela placa de orifício. Os sinais de pressão diferencial na placa de orifício e da pressão nas estações de medição revelaram seu comportamento pulsátil devido a passagem intermitente de misturas ricas em líquido e ricas em gás pela placa de orifício. As perturbações da singularidade na fração de vazio, velocidade de translação do nariz da bolha alongada e na frequência de passagem de golfadas apresentam dependência da razão de contração de área e da posição axial da obstrução na seção de testes. Os valores médios da pressão diferencial mostraram-se dependentes somente da razão de contração de área para uma mesma combinação de velocidades superficiaisAbstract: An experimental study of the flow disturbances caused by an orifice plate on an air-water mixture on the slug regime is investigated. The test section is a horizontal acrylic pipe with 0.026 m of inner diameter and 1009 pipe diameters long. The orifice plate is a flat plate with a sharp-edged concentric and circular hole. Three orifices with distinct area contraction ratios are tested at three axial positions along the test section. The test section has four measuring stations responsible to record the instantaneous void fraction and pressure signals. The pressure difference at the orifice plate is also recorded. The data is further processed to get the bubble nose translational velocities and the slug frequency. To evaluate the pressure, it is used the average and fluctuating values, the corresponding probability density functions and the power spectral densities in order to analyze the flow disturbances. The pressure difference at the orifice and the absolute pressure at the measuring stations reveal a pulsatile behavior of the pressure signal due to the intermittent passage of mixtures rich in liquid followed by mixtures rich in gas through the orifice plate. The disturbances of the singularity on the void fraction, bubble nose velocity and frequency of passage of slugs are detected exhibiting a dependence on the distance from the mixer and of the area contraction ratio. On the other hand, the average pressure difference at the orifice plate is not sensitive to the distance from the mixer for a fixed air and water flow rateMestradoTermica e FluidosMestre em Engenharia Mecânica33003017CAPE