NUMERICAL SIMULATIONS OF INTERNAL FLOW IN DUCTS CARRYING CO2, CH4 AND OIL EMPLOYING MOLECULAR DYNAMICS

The objective of this project is to develop computational tools, based on molecular dynamics methods, to simulate the flow in ducts to transport CO2, CH4 and oil. The main goal is to have a better understanding of the interaction of the wall material and the fluid. Our intention is to use such tools to investigate, for example, hydrophobic polymers optimized to mitigate the head loss and, consequently, the energy required to transport CO2, CH 4, oil and multiphase fluids in ducts. With the molecular dynamics methodology, the interaction between the fluid and the duct coating material is properly evaluated. The no slip boundary condition is not considered a priori. Instead, the shear stress exerted by the fluid in the wall is used as a boundary condition for the simulation employing a numerical technique which considers the fluid as a continuum media. We first solve the flow at the molecular level in the vicinity of the wall. The shear stress is obtained and this is employed as the boundary condition for the solution of the Navier-Stokes equations for the remainder of the domain.

Escopo em português

SIMULAÇÃO DE ESCOAMENTOS INTERNOS COM DINÂMICA MOLECULAR PARA REDUZIR PERDAS DE CARGA EM DUTOS PARA TRANSPORTE DE CO2, CH4 E ÓLEO

O objetivo do presente projeto é desenvolver uma ferramenta computacional, fundamentada no método de dinâmica molecular, para simular o escoamento em dutos para transporte de CO2, CH4 e óleo, com a qual será possível simular casos com dutos e paredes revestidas por materiais hidrofóbicos com o intuito de se diminuir a perda de carga. Pretende-se utilizar essa ferramenta para investigar, por exemplo, polímeros hidrofóbicos otimizados para mitigar a perda de carga e, consequentemente, a energia necessária para escoar CO2, CH4, óleo e misturas multifásicas. Com o método de dinâmica molecular, a interação entre o fluido e o material de revestimento do duto é devidamente avaliada. A condição de aderência não é considerada a priori e sim a tensão de cisalhamento exercida pelo fluido na parede. Resolve-se primeiramente a nível molecular, na sub-camada laminar próxima à parede, essa interação fluido-material. Obtém-se a tensão de cisalhamento e essa é utilizada como condição de contorno para a solução das equações de Navier-Stokes para o restante do domínio.

Read More About the Project 41 - RCGI Workshop Presentation, 8-9 March 2018

TEAM

Julio Romano Meneghini (Poli/USP)
Project Coordinator

Iberê Luiz Caldas
Caetano Rodrigues Miranda
José Roberto Castilho Piqueira
José Augusto Penteado Aranha
Thiago Viscondi
Adriano Grigolo