Solução Numérica para Escoamentos Multifásicos Unidimensionais em Sistemas Pipeline-Riser
Um solucionador numérico foi desenvolvido e implementado para resolver um modelo de escoamento multifásico em sistemas de tubulação e riser, incorporando os efeitos da inércia. O modelo de mistura adotado é composto pelas equações de conservação de massa para as fases gasosa e líquida, uma equação de quantidade de movimento para a mistura gás-líquido e uma lei de fechamento que depende do padrão de escoamento multifásico. Dois padrões principais são considerados: escoamento estratificado e não estratificado. Para o escoamento no riser, utiliza-se um modelo de deslizamento, avaliado com base nas condições locais, como lei de fechamento. Já para o escoamento na tubulação, assume-se um regime sempre estratificado, em que a lei de fechamento é derivada do equilíbrio local entre as forças de fricção nas paredes do gás e do líquido, a força de fricção interfacial entre as fases e a força gravitacional. É sabido que modelos unidimensionais de escoamento multifásico podem não apresentar uma estrutura hiperbólica bem definida. Além disso, a dificuldade em obter uma forma analítica explícita da matriz Jacobiana impede a aplicação direta de solucionadores de Riemann do tipo Roe (quase-linear). Para superar essa limitação, adota-se uma abordagem alternativa: o sistema de equações é resolvido numericamente por meio do método de Lax-Wendroff. Essa técnica fornece um esquema numérico de segunda ordem de precisão para a solução do problema de Riemann. O código foi validado, e os resultados das simulações são apresentados para diferentes padrões de escoamento intermitente em sistemas do tipo tubulação–riser.