Este trabalho apresenta um modelo numérico para a solução de transitórios hidráulicos com escoamento bifásico e interação fluido-estrutura em um sistema formado por reservatório, tubulação reta e válvula de saída. Uma ampla análise da literatura sobre o fenômeno é realizada, com foco nos transitórios em tubulações com escoamento bifásico homogêneo do tipo gás-líquido, considerando-se a interação fluido-estrutura entre fluido e tubulação, com um grau de liberdade. Soluções matemáticas e numéricas são analisadas e propostas para a correta captura dos fenômenos físicos associados ao atrito entre a tubulação e o fluido, à compressibilidade e à celeridade do fluido, que são variáveis em escoamentos bifásicos, e às perturbações geradas pela interação fluido-estrutura. A solução proposta para o modelo considera a atuação simultânea destes fenômenos. O modelo numérico desenvolvido tem como base a solução do modelo matemático formado por um sistema de quatro equações diferencias parciais derivadas para o fluido e para estrutura partindo da conservação da massa, do balanço de momento linear e da lei de Hooke, em que são implementadas as adequações necessárias nas equações fluido-estruturais e nos coeficientes matemáticos não lineares para a solução do escoamento compressível e bifásico em questão. As metodologias clássica e de aceleração instantânea são selecionadas para a implementação do atrito entre fluido e tubulação no modelo. A modelagem matemática para a solução das equações do problema utiliza o método das características e aplica-se diferenças finitas, com posterior integração numérica, podendo-se optar por um procedimento iterativo para a solução. A validação dos resultados é obtida com base em comparações com dados experimentais e analíticos. Apresenta-se uma análise de resultados para diferentes configurações do modelo desenvolvido, variando-se a condição de fechamento da válvula de saída do escoamento, o termo de atrito entre o escoamento e a tubulação e o número de iterações.

This work presents a model for the solution of hydraulic transients with two-phase flow and fluid-structure interaction in a system consisting of a reservoir, a straight piping and an outlet valve. A broad analysis of the literature on the phenomenon is carried out, focusing on transients in pipelines with two-phase homogeneous gas-liquid flow, considering the fluid-structure interaction between fluid and pipeline with one degree of freedom. Mathematical and numerical solutions are analyzed and proposed for the proper capture of the physical phenomena associated with the friction between the pipe and the fluid, the fluid compressibility and fluid celerity, which can vary in two-phase fluids, together with the disturbances generated by the fluid-structure interaction. The proposed solution for the model considers the simultaneous action of these phenomena. The developed numerical model is based on the solution of the mathematical model formed by a system of four partial differential equations derived for fluid and structure from conservation of mass, linear momentum balance and Hooke's law, in which the necessary adaptations are integrated in fluid-structural equations and in the non-linear mathematical coefficients for the solution of the compressible and two-phase flow in question. Classical and Instantaneous Acceleration Based methodologies are selected for the implementation of friction between fluid and pipe in the model. For the solution it is used the method of characteristics and finite difference, with subsequent numerical integration, including the possibility of selecting an iterative procedure for the solution. The validation of the results is carried out based on comparisons with experimental and analytical data. An analysis of the results for different configurations of the developed model is presented, varying the closing condition of the outlet valve, the friction term between the flow and the pipe and the number of iterations.