Simulazione numerica di flussi bifase acqua-olio in un tubo di Venturi

This work aims to study through CFD simulations, conducted with the use of OpenFOAM 2.4.0 open source code, the motion of a water-oil two phase flow, in eight different motion conditions, inside a circular section pipe which is placed a Venturi tube. Geometric models and meshes used in the simulations were created with the software Ansys ICEM 15.0 and then imported into OpenFOAM. The simulations are performed with the interFoam solver and U-RANS approach using the k-ε turbulence model. The simulation results were compared with data from previous experimental campaigns. They analyzed the pressure drop concentrated between upstream and throat sections of the Venturi and the pressure drop distributed into the upstream and downstream section of pipe. The ΔP concentrated are always underestimated compared with experimental data and are characterized by a mean error, on the eight cases investigated, of 11,1%. The hydraulic losses, in the six cases studied, are overestimated by 15,6% on upstream stretch, while on downstream stretch there is an underestimation of 11,2%. Whereas the standard deviation of the experimental data is roughly between 3% and 4% it can be said that the results of the numerical simulations are very satisfactory. Further analysis was performed on the hold-up profiles of the water phase along the pipe and comparing the results with the predictions of Arney's empirical correlation there has been a good correspondence of numerical results. Finally, sensitivity analysis were made on different parameters considered potentially determinants to the outcome of the simulations. They have allowed to conclude that the results obtained from simulations are very satisfactory and rather "robust" with respect to variations of the parameters themselves.

Questo lavoro ha come obiettivo quello di studiare tramite simulazioni CFD, svolte con l’utilizzo del codice open source OpenFOAM 2.4.0, il moto di un flusso bifase acqua-olio, in otto diverse condizioni di moto, all'interno di una tubazione a sezione circolare dove è posto un tubo di Venturi. I modelli geometrici e le mesh che si utilizzeranno nelle simulazioni sono stati creati con il software Ansys ICEM 15.0 e poi importati in OpenFOAM. Le simulazioni saranno eseguite con il solutore interFoam secondo l'approccio U-RANS e utilizzando il modello di turbolenza k-ε. I risultati delle simulazioni sono stati confrontati con i dati ottenuti da precedenti campagne sperimentali. Si sono analizzate le perdite di carico concentrate tra le sezioni di monte e di gola del venturimetro e le perdite di carico distribuite sui tratti a sezione costante di monte e valle. I ΔP concentrati risultano sempre sottostimati rispetto ai dati sperimentali e sono caratterizzati da un errore medio sugli otto casi investigati del 11,1%. Le cadenti, nei sei casi studiati, risultano mediamente sovrastimate del 15,6% sul tratto di monte, mentre sul tratto di valle si ha una sottostima media del 11,2%. Considerando che la deviazione standard dei dati sperimentali è all'incirca tra il 3% e il 4% si può affermare che i risultati delle simulazioni numeriche sono molto soddisfacenti. Un'ulteriore analisi è stata eseguita sui profili di holdup della fase acqua lungo il condotto e confrontando i risultati con le previsioni della correlazione empirica di Arney si è riscontrata un buona corrispondenza dei risultati numerici. Infine sono state fatte delle analisi di sensibilità su diversi parametri considerati potenzialmente determinanti per l'esito delle simulazioni. Esse hanno permesso di concludere che i risultati ottenuti dalle simulazioni effettuate sono molto soddisfacenti e piuttosto "robusti" rispetto a variazioni dei parametri stessi.