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Estudo teórico e experimental da vibração induzida por escoamentos bifásicos externos a banco de tubos

Processo: 14/06902-9
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Vigência (Início): 01 de dezembro de 2014
Vigência (Término): 30 de maio de 2016
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Mecânica - Fenômenos de Transportes
Convênio/Acordo: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Pesquisador responsável:Gherhardt Ribatski
Beneficiário:Fabio Toshio Kanizawa
Instituição-sede: Escola de Engenharia de São Carlos (EESC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
Bolsa(s) vinculada(s):15/00854-5 - Caracterização de escoamento bifásico externo a banco de tubos, BE.EP.PD
Assunto(s):Escoamento bifásico

Resumo

Estima-se que mais da metade dos trocadores de calor do tipo casco e tubo na indústria operem em condições de escoamento bifásico no lado do casco, entretanto o número de publicações e pesquisas envolvendo escoamento externo é reduzido se comparado com o escoamento interno a tubos. A vibração induzida por escoamento em banco de tubos de trocadores de calor é problema de elevada relevância para os projetistas, podendo implicar em redução da vida útil do equipamento devido à fadiga ou desgaste por atrito, assim como pode implicar em falha do equipamento com número reduzido de horas de uso para o caso de vibrações induzidas por instabilidades fluido-elásticas. Durante escoamentos bifásicos os carregamentos hidrodinâmicos são em geral mais severos do que os verificados para condições monofásicas devido à interação dos tubos com a topologia de distribuição das fases. Assim, caracteriza-se a necessidade da realização de estudos que investiguem concomitantemente o escoamento bifásico e relacionem seus efeitos com as vibrações por ele induzidas nos tubos e na estrutura do trocador de calor. Neste contexto, a presente proposta de pesquisa tem como objetivo principal a análise experimental da vibração induzida por escoamentos bifásicos externos a banco de tubos. Para a realização do estudo será utilizado aparato experimental construído durante a realização do doutorado do candidato a bolsa. Sua pesquisa de doutorado tratou da investigação da perda de pressão, padrões de escoamento e fração de vazio em escoamentos ar-água externos a banco de tubos. Para o projeto proposto pretende-se o levantamento de parâmetros de carregamentos hidrodinâmicos para distintos padrões de escoamento, incluindo frequência e amplitude. Tem-se como objetivo também determinar experimentalmente o amortecimento dinâmico do tubo, uma vez que este é um parâmetro chave na análise dinâmica do sistema. O pós-doutoramento inclui ainda um período de estágio pós-doutoral de seis meses na Universidade de Kobe no Japão sob supervisão do Professor Akio Tomiyama cuja pesquisa envolverá o aprendizado e aplicação de técnicas de PIV tridimensional na determinação do campo de velocidades em banco de tubos. (AU)

Publicações científicas (8)
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
ALVAREZ-BRICENO, RICARDO; KANIZAWA, FABIO TOSHIO; RIBATSKI, GHERHARDT; DE OLIVEIRA, LEOPOLDO P. R. Validation of turbulence induced vibration design guidelines in a normal triangular tube bundle during two-phase crossflow. JOURNAL OF FLUIDS AND STRUCTURES, v. 76, p. 301-318, JAN 2018. Citações Web of Science: 3.
KANIZAWA, FABIO TOSHIO; RIBATSKI, GHERHARDT. Void fraction and pressure drop during external upward two-phase crossflow in tube bundles - part I: Experimental investigation. INTERNATIONAL JOURNAL OF HEAT AND FLUID FLOW, v. 65, p. 200-209, JUN 2017. Citações Web of Science: 5.
KANIZAWA, FABIO TOSHIO; RIBATSKI, GHERHARDT. Void fraction and pressure drop during external upward two-phase cross flow in tube bundles - part II: Predictive methods. INTERNATIONAL JOURNAL OF HEAT AND FLUID FLOW, v. 65, p. 210-219, JUN 2017. Citações Web of Science: 2.
ALVAREZ-BRICENO, RICARDO; KANIZAWA, FABIO TOSHIO; RIBATSKI, GHERHARDT; DE OLIVEIRA, LEOPOLDO P. R. Updated results on hydrodynamic mass and damping estimations in tube bundles under two-phase crossflow. INTERNATIONAL JOURNAL OF MULTIPHASE FLOW, v. 89, p. 150-162, MAR 2017. Citações Web of Science: 4.
KANIZAWA, FABIO TOSHIO; RIBATSKI, GHERHARDT. Two-phase flow patterns across triangular tube bundles for air-water upward flow. INTERNATIONAL JOURNAL OF MULTIPHASE FLOW, v. 80, p. 43-56, APR 2016. Citações Web of Science: 12.
KANIZAWA, FABIO TOSHIO; TIBIRICA, CRISTIANO BIGONHA; RIBATSKI, GHERHARDT. Heat transfer during convective boiling inside microchannels. INTERNATIONAL JOURNAL OF HEAT AND MASS TRANSFER, v. 93, p. 566-583, FEB 2016. Citações Web of Science: 25.
KANIZAWA, FABIO TOSHIO; MOGAJI, TAYE STEPHEN; RIBATSKI, GHERHARDT. A new model for flow boiling heat transfer coefficient inside horizontal tubes with twisted-tape inserts. INTERNATIONAL JOURNAL OF REFRIGERATION-REVUE INTERNATIONALE DU FROID, v. 61, p. 55-68, JAN 2016. Citações Web of Science: 4.
KANIZAWA, FABIO TOSHIO; RIBATSKI, GHERHARDT. Void fraction predictive method based on the minimum kinetic energy. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, v. 38, n. 1, p. 209-225, JAN 2016. Citações Web of Science: 11.

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