Fechar

@PhDThesis{MeléndezVásquez:2020:FeCoAn,
               author = "Mel{\'e}ndez V{\'a}squez, Joseph Arthur",
                title = "Ferramenta computacional para an{\'a}lise de risers 
                         flex{\'{\i}}veis dispostos em caten{\'a}ria com um escoamento 
                         interno bif{\'a}sico g{\'a}s-l{\'{\i}}quido em padr{\~a}o 
                         golfadas",
               school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
                 year = "2020",
              address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
                month = "2020-02-20",
             keywords = "riser flex{\'{\i}}vel em caten{\'a}ria, escoamento 
                         bif{\'a}sico l{\'{\i}}quido-g{\'a}s em padr{\~a}o golfadas de 
                         l{\'{\i}}quido, formula{\c{c}}{\~a}o co-rotacional, 
                         intera{\c{c}}{\~a}o fluido-estrutura, flexible catenary riser, 
                         slug-flow, corotational formulation, fluid-solid interaction.",
             abstract = "Atualmente, um dos maiores desafios que existem na ind{\'u}stria 
                         de explora{\c{c}}{\~a}o e produ{\c{c}}{\~a}o de petr{\'o}leo 
                         e g{\'a}s em {\'a}guas profundas {\'e} a modelagem 
                         num{\'e}rica do comportamento mec{\^a}nico dos risers de 
                         produ{\c{c}}{\~a}o de petr{\'o}leo. Na presente tese de 
                         doutorado, uma ferramenta computacional para calcular a resposta 
                         din{\^a}mica estrutural de um riser flex{\'{\i}}vel em 
                         caten{\'a}ria sob os efeitos de um escoamento interno 
                         bif{\'a}sico l{\'{\i}}quido-g{\'a}s em padr{\~a}o golfadas de 
                         l{\'{\i}}quido {\'e} apresentada. A ferramenta computacional, a 
                         qual tem por nome SLUGFLEX, {\'e} composta por dois c{\'o}digos 
                         computacionais: o c{\'o}digo que calcula a resposta din{\^a}mica 
                         estrutural do riser, e o c{\'o}digo que calcula o desenvolvimento 
                         do escoamento bif{\'a}sico em padr{\~a}o golfadas no interior do 
                         riser. O escoamento bif{\'a}sico l{\'{\i}}quido-g{\'a}s, o 
                         qual tem como caracter{\'{\i}}stica principal a 
                         intermit{\^e}ncia de duas regi{\~o}es distintas: pist{\~a}o de 
                         l{\'{\i}}quido e a bolha alongada de g{\'a}s, {\'e} modelado 
                         matematicamente mediante o uso de um m{\'e}todo lagrangeano 
                         unidimensional de seguimento de pist{\~o}es, o qual divide o 
                         dom{\'{\i}}nio computacional do escoamento em c{\'e}lulas 
                         unit{\'a}rias, as quais est{\~a}o formadas por um pist{\~a}o de 
                         l{\'{\i}}quido e por uma bolha alongada de g{\'a}s. Para 
                         realizar a an{\'a}lise estrutural, o riser, objeto deste estudo, 
                         {\'e} discretizado mediante o uso de elementos finitos de viga 
                         espacial de Euler, os quais experimentam grandes deslocamentos e 
                         grandes rota{\c{c}}{\~o}es, por{\'e}m, com pequenas 
                         deforma{\c{c}}{\~o}es. Para a formula{\c{c}}{\~a}o 
                         tridimensional do elemento de viga, a formula{\c{c}}{\~a}o 
                         co-rotacional {\'e} utilizada. A intera{\c{c}}{\~a}o 
                         fluido-estrutura {\'e} um fen{\^o}meno bastante complexo, isto 
                         porque a resposta din{\^a}mica do riser {\'e} influenciada pela 
                         din{\^a}mica do escoamento interno, e o desenvolvimento do 
                         escoamento interno {\'e} influenciado pela resposta din{\^a}mica 
                         do riser. Por esse motivo, ambos os c{\'o}digos computacionais 
                         trabalham de forma conjunta trocando informa{\c{c}}{\~a}o 
                         durante todo o processo de c{\'a}lculo. No c{\'a}lculo da 
                         resposta din{\^a}mica do riser {\'e} empregado o m{\'e}todo de 
                         integra{\c{c}}{\~a}o direta HHT-alpha em combina{\c{c}}{\~a}o 
                         com o m{\'e}todo de Newton-Raphson para for{\c{c}}as seguidoras, 
                         o qual {\'e} utilizado com a finalidade de obter o 
                         equil{\'{\i}}brio das for{\c{c}}as internas com os 
                         carregamentos externos em cada instante de tempo. 
                         Simula{\c{c}}{\~o}es do riser com movimentos oscilat{\'o}rios 
                         impostos no topo tamb{\'e}m foram considerados. Os resultados 
                         num{\'e}ricos obtidos pela ferramenta computacional s{\~a}o 
                         validados mediante a compara{\c{c}}{\~a}o com resultados 
                         experimentais da literatura. ABSTRACT: Nowadays, one of the most 
                         significant challenges that exists in deep-waters oil and gas 
                         exploitation and production industry is the numerical modeling of 
                         the mechanical behaviour of oil-production risers. In this 
                         doctoral thesis, a computational tool to calculate the structural 
                         dynamic response of a flexible catenary riser under the influence 
                         of an internal slug flow is presented. The computational tool is 
                         called SLUGFLEX and it consists of two computational codes: the 
                         code that calculates the dynamic structural response of risers, 
                         and the code that calculates the development of an internal slug 
                         flow within risers. The slug flow, whose main feature is the 
                         intermittency of two different regions: a liquid slug and an 
                         elongated bubble of gas, is mathematically modeled through the use 
                         of an unidimensional lagrangian slug tracking method, that divides 
                         the computational domain of slug flow in unit cells, which are 
                         made up by a liquid slug and an elongated bubble of gas. To carry 
                         out the structural analysis, the riser, object of this study, is 
                         discretized through the use of spatial Euler beam finite elements, 
                         which experiments large displacements and large rotations, but 
                         with small deformations. For the tridimensional formulation of the 
                         beam element, the co-rotational formulation is used. The 
                         fluid-structure interaction is a very complex phenomenon, this due 
                         to the influence of the internal fluid dynamics in the riser 
                         dynamic response and the influence of riser dynamic response in 
                         the internal fluid development; for this reason, both 
                         computational codes work together exchanging information during 
                         the whole calculation process. In the calculus of the risers 
                         dynamic response, the direct integration method HHT-alpha is used, 
                         in combination witht the Newton-Raphson method for follower loads, 
                         which is used on purpose of obtaining the equilibrium between the 
                         internal forces and the external forces at each instant of time. 
                         Riser simulations with imposed oscillation movements at the top 
                         were also considered. The numerical results obtained by the 
                         computational tool are validated through the comparison with the 
                         experimental results found in the current literature.",
            committee = "Prado, Antonio Fernando Bertachini de Almeida 
                         (presidente/orientador) and {\'A}vila, Juan Pablo Julca 
                         (orientador) and Carmo, Bruno Souza and Morooka, Celso Kazuyuki 
                         and Rodriguez, Oscar Mauricio Hernandez",
         englishtitle = "Computational tool for analysis of flexible catenary risers with 
                         an internal slug flow",
             language = "pt",
                pages = "194",
                  ibi = "8JMKD3MGP3W34R/3UT726P",
                  url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34R/3UT726P",
           targetfile = "publicacao.pdf",
        urlaccessdate = "28 abr. 2024"
}


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