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Title: Determinação dos coeficientes das equações de estado de gás enrijecido para misturas líquido-vapor
Authors: Vasconcellos, Átila Pavan
metadata.dc.contributor.advisor: Rachid, Felipe Bastos de Freitas
metadata.dc.contributor.advisorco: Costa, Maria Laura Martins
metadata.dc.contributor.members: Rachid, Felipe Bastos de Freitas
Costa, Maria Laura Martins
Sphaier, Leandro Alcoforado
Issue Date: 30-May-2016
Abstract: Modelos matemáticos para escoamentos bifásicos são muito eficazes para a resolução de uma grande classe de aplicações em engenharia, que vão desde problemas interfaciais a misturas com diversas velocidades. Estes modelos levam em consideração os fenômenos de propagação da onda em ambas as fases, bem como as transferências de massa, momentum e de energia entre elas. Eles são formados por sistemas de equações diferenciais parciais que devem reter a sua natureza hiperbólica em todas as circunstâncias. Nesse contexto, cada fase é em geral considerada como sendo uma substância compressível, o que requer o conhecimento das equações fundamentais de estado para descrever adequadamente o fenômeno de transformação de fase. Embora existam muitas equações de estadona literatura (tal como as equações cúbicas de Van der Waalspor exemplo), algumas delas são bastante complexas e têm se demonstrado inadequadas para este tipo de modelos. Seu uso leva a problemas mal postos (como perda de hiperbolicidade) para os estados termodinâmicos dentro do domo de saturação. Para superar essa dificuldade, a equação do gás enrijecido de estado para cada fase tem sido empregada recentemente na literatura como uma alternativa atraente. A forma analítica particularmente simples deste tipo de equação permite expressões explícitas de praticamente todas as relações termodinâmicas, mantendo alta precisão e as principais propriedades físicas da matéria, tais como efeitos moleculares atrativos e repulsivos. No entanto, a determinação dos parâmetros constitutivos não é uma tarefa fácil quando o líquido e o seu vapor são considerados simultaneamente. Neste caso, os parâmetros das equações de estado de cada fase devem ser adequadamente correlacionados a fim de alcançar sucesso. Este trabalho apresenta uma estratégia para determinar todos os parâmetros constitutivos de equações de estado de gásenrijecido, tanto para o líquido quanto para o seu vapor sobre uma vasta gama de temperaturas, desde a referente a linha trípliceatéo ponto crítico. A estratégia baseia-se na minimização com restrição de funcionais não lineares adequados que descrevem o erro no espaço de Hilbert entre relações termodinâmicas teóricas e experimentais. Para isso as propriedades termodinâmicas do NIST são utilizadas como dados experimentais. Os resultados obtidos para a água e o dodecano são apresentados e comparados com os dados experimentais e uma estratégia existente disponível na literatura.
metadata.dc.description.abstractother: Mathematical models of two-phase flowsare very effective for the resolution of a large class of engineering applications, ranging from interfacial problems to mixtures with several velocities. These models take into account the wave propagation phenomena in both phases as well as the mass, momentum and energy transfersbetween them. They are formed by systems of partial differential equations which must retain its hyperbolic nature under all circumstances. In such a context, each phase is in general assumed to be acompressible substance, requiringthe knowledge of appropriate fundamental equations of state to properly describe the phase transformation phenomenon. Although there are many equations of state (such as the cubic equations; Van der Walls for example) in the literature, some of them are quite complex and have been shown to beinappropriate for these kind of models. Their usage leads to ill-posed problems (such as loss of hyperbolicity) for thermodynamic states inside the saturation dome. To overcome such a difficulty, the stiffened gas equation of state for each phase has been employed recently in the literature as an attractive alternative. The particularly simple analytical form of this type of equationallows explicit expressions of virtually all thermodynamic relationships, while retaining high accuracy and the main physical properties of the matter, such as attractive and repulsive molecular effects. Nevertheless, the determination of the constitutive parameters is not an easy task when the liquid and its vapor are to be considered simultaneously. In this case, the parameters of the equations of state of each phase must beproperly linked in order to achieve success. This works presents a strategy to determine all constitutive parameters of stiffened gas equations of state for boththe liquid and its vapor over awide range of temperatures from the triple to the critical points. The strategy is based on the minimization with restriction of suitable nonlinear functions, which describesthe error in a Hilbert space between theoretical and experimental thermodynamic relationships. To do so, the thermodynamic properties of the NIST are used as experimental data. The obtained results for water and dodecaneare presented and compared with the raw experimental data and one existing strategy available in the literature.
URI: https://app.uff.br/riuff/handle/1/1786
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