Tweefasige stroming in leidingen: wat, typen, verschillende leidingen

Dit artikel bespreekt tweefasenstroming in leidingen. De fasen vertegenwoordigen de toestand van de materie. In een tweefasenstroom bevat de stroom twee toestanden van materie, voornamelijk gas en vloeistof.

In dit artikel zullen we bestuderen hoe een tweefasenstroming in leidingen optreedt. Warmteoverdracht gerelateerd aan een tweefasenstroom. We zullen ook het ontwerp bespreken van buizen die een tweefasenstroom ondergaan. Laten we onze discussie beginnen met de definitie van tweefasenstroom.

Wat is een tweefasenstroom?

Zoals de naam al doet vermoeden, is een tweefasenstroom een ​​soort stroom waarin de inhoud die stroomt, twee toestanden van materie omvat, voornamelijk gas en vloeistof.

De tweefasenstroom kan in vele vormen voorkomen, zoals overgangsstromen van zuivere vloeistof naar zuivere gasvormige toestanden, gescheiden stromen en gedispergeerde tweefasestromen. In gedispergeerde tweefasestromen is een fase aanwezig in de vorm van bellen, deeltjes of druppeltjes in dragervorm.

Afbeelding credits: Rudolf Hellmuth, Tweefasige stroom, CC BY-SA 4.0

Voorbeelden van tweefasige stroom

In grootschalige energiesystemen werden tweefasestromen rigoureus bestudeerd. Hieronder staan ​​de voorbeelden of toepassingen waarbij tweefasenstroom een ​​zeer cruciale rol speelt in het ontwerpproces.

• ketels – Water onder druk wordt door verwarmde leidingen geleid en dit water verandert in stoom terwijl het door de ketel gaat. De ketel verandert de fase van vloeibaar water. Tijdens de fasetransformatie zal de pijp een tweefasenstroom hebben, wat betekent dat gas- en vloeistoffasen naast elkaar zullen bestaan.
• Kernreactor – In kernreactoren wordt tweefasenstroom gebruikt om warmte uit de reactorkern te verwijderen. In de reactorkern wordt de brandstof verbrand. De gebruikte brandstof is over het algemeen U-235.
• cavitatie – In pompen, wanneer de werkdruk bijna gelijk is aan de dampdruk van de vloeistof, zal elke drukverhoging plaatselijk koken tot gevolg hebben. Dit fenomeen van lokaal koken wordt cavitatie genoemd.
• electrolyse– Elektrolyse is een techniek die gebruik maakt van gelijkstroom (DC) om een ​​niet-spontane reactie uit te voeren.
• wolken – We hebben allemaal wel eens wolken in de lucht gezien. Het zijn aerosolen die bestaan ​​uit een zichtbare massa vloeistof, druppels en andere bevroren deeltjes die in de atmosfeer zweven.
• Grondwater stroming – Grondwater is het water dat onder het aardoppervlak stroomt. Tweefasige stroming wordt gebruikt om de beweging van lucht en water in de bodem te bestuderen.

Kenmerken van een tweefasenstroom

De onderstaande lijst vertelt ons over de kenmerken van een tweefasenstroom:

• Alle dynamische problemen worden niet-lineair gemaakt vanwege oppervlaktespanning.
• Bij standaard temperatuur en druk verschilt het verschil tussen de dichtheden met 1000 voor lucht en water.
• De snelheid van het geluid verandert tijdens het passeren van een faseverandering. Samendrukbare effecten spelen een rol.
• De faseveranderingen zijn niet in evenwicht en ze gebeuren niet noodzakelijkerwijs.
• De door stroming veroorzaakte drukdalingen kunnen verdere faseverandering in het systeem veroorzaken.
• Tweefasige stromen kunnen aanleiding geven tot het tegengaan van intuïtieve instabiliteiten van het negatieve weerstandstype.

Soorten tweefasenstroom

De soorten tweefasestromen hangen af ​​van de toestand van de inhoud die aan de stroom deelneemt. De soorten tweefasenstroom worden gegeven in de onderstaande lijst-

• Vloeistof- vloeistofstroom – Bij vloeibare vloeistofstroom omvat de inhoud van de stroom twee verschillende soorten vloeistof die niet mengbaar zijn. De oplossing is zodanig dat de ene vloeistof op de andere vloeistof drijft vanwege het verschil in dichtheden en het onvermogen om bindingen te maken of te verbreken.
• Gas-vloeistof stroom – Bij gasvloeistofstromen zijn de gasdruppels aanwezig op het oppervlak van de vloeistof. Deze druppeltjes bewegen sneller dan de vloeistof, wat resulteert in een slakkenstroom.
• Gas-vaste stroom- Vaste gasstroom, zoals de naam al doet vermoeden, heeft vaste deeltjes die in een gas zijn gesuspendeerd. Deze vaste deeltjes zorgen voor schurende werking. Grote onzuiverheden die in lucht aanwezig zijn, zijn bijvoorbeeld een voorbeeld van een vaste gasstroom.
• Vaste vloeistofstroom- Vaste vloeistofstroom heeft vaste deeltjes gesuspendeerd in vloeistofstroom. De vaste deeltjes vermengen zich niet met de vloeistof. Ze zijn niet mengbaar.

Tweefasenstroom in verticale leidingen

Tweefasestromen in verticale leidingen verwijst naar een interactieve stroom van twee verschillende fasen in gemeenschappelijke interfaces. Elk van hen heeft zijn eigen individuele massa en volume.

Om het debiet in de verticale leiding te berekenen, moet de onderstaande formule worden gebruikt:

Waar,

H is de afvoerhoogte

Q is de stroomsnelheid

K is de coëfficiënt variërend van 0.87-0.97

D is de diameter van de pijp;

Tweefasige stromingsregimes in horizontale leidingen

De stroomregimes in horizontale leidingen kunnen variëren afhankelijk van de temperatuur en drukval binnen in de pijp. In de volgende sectie zullen we de stroomregimes en patronen bespreken die in de horziontale pijp worden gevonden voor een tweefasenstroom.

In twee fasen stroomt in een horizontale pijpDe waargenomen patronen zijn: bubbelstroom, gelaagde golvende stroming, slakkenstroom, intermitterende stroming, gelaagde stroming, propstroming, ringvormige stroming en nevelstroming. Andere soorten patronen kunnen worden waargenomen, afhankelijk van speciale temperatuurbereiken en drukbereiken.

Tweefasenstroom en warmteoverdracht

Warmteoverdracht vindt niet noodzakelijk plaats tussen twee stoffen in dezelfde fase. Maar de warmte kan ook worden overgedragen tussen twee verschillende toestanden van materie.

Over het algemeen wordt in warmtewisselaars vloeistof-vloeistofstroom gebruikt om warmte over te dragen. Bij stromen in twee fasen is de temperatuur van beide bestanddelen verschillend en houden we rekening met de gemiddelde temperatuur en druk van de stroming.

Warmteoverdracht in warmtewisselaars

In warmtewisselaars wordt de warmte overgedragen tussen twee vloeistoffen, zodat de werkvloeistof opwarmt of warmte absorbeert van de vloeistof die in het systeem stroomt.

Warmtewisselaars worden in veel toepassingen gebruikt, zoals raketmotoren, koeltorens, watermantels, geisers enz. Het belangrijkste doel van warmtewisselaars is het verwarmen of absorberen van warmte van de vloeistof die in het systeem stroomt. Soms kan het nodig zijn om de vloeistof op te warmen en soms kan het nodig zijn om de vloeistof af te koelen. Soms wordt alleen latente warmte geabsorbeerd, wat betekent dat de temperatuur van de vloeistof in het systeem hetzelfde blijft, maar alleen de fasetransformatie plaatsvindt.