Caída de presión bifásica
En el análisis práctico de los sistemas de tuberías, la cantidad de mayor importancia es la pérdida de presión debido a los efectos viscosos a lo largo de la longitud del sistema, así como las pérdidas de presión adicionales que surgen de otros equipos tecnológicos como válvulas, codos, entradas de tuberías, accesorios y tes. .
A diferencia de las caídas de presión monofásicas, el cálculo y la predicción de caídas de presión bifásicas es un problema mucho más sofisticado y los métodos principales difieren significativamente. Los datos experimentales indican que la caída de presión por fricción en el flujo de dos fases (por ejemplo, en un canal de ebullición) es sustancialmente mayor que la de un flujo monofásico con la misma longitud y caudal másico. Las explicaciones para esto incluyen un aumento aparente de la rugosidad de la superficie debido a la formación de burbujas en la superficie calentada y al aumento de las velocidades de flujo.
Caída de presión – Modelo de flujo homogéneo
El enfoque más simple para la predicción de flujos de dos fases es tratar todo el flujo de dos fases como si fuera todo líquido , excepto el flujo a la velocidad de la mezcla de dos fases . Las caídas de presión en dos fases para flujos dentro de tuberías y canales son la suma de tres contribuciones:
- la caída de presión estática ∆p estática( altura de elevación )
- la caída de presión de impulso ∆p mamá ( aceleración de fluido )
- la caída de presión por fricción ∆p frict
La caída de presión total del flujo de dos fases es entonces:
∆p total = ∆p estática + ∆p mamá + ∆p frict
Las caídas de presión estática y de momento pueden calcularse de manera similar al caso del flujo monofásico y utilizando la densidad de mezcla homogénea :
El término más problemático es la caída de presión por fricción ∆p frict , que se basa en la caída de presión monofásica que se multiplica por el factor de corrección de dos fases ( multiplicador de fricción homogéneo – Φ lo 2 ). Con este enfoque, el componente de fricción de la caída de presión en dos fases es:
donde (dP / dz) 2f es el gradiente de presión de fricción del flujo bifásico y (dP / dz) 1f es el gradiente de presión de fricción si todo el flujo (del caudal másico total G) fluye como líquido en el canal ( presión monofásica estándar soltar ) El término Φ lo 2 es el multiplicador de fricción homogéneo , que puede derivarse de acuerdo con varios métodos. Uno de los posibles multiplicadores es igual a Φ lo 2 = (1 + x g (ρ l / ρ g – 1)) y por lo tanto:
Como se puede ver, este modelo simple sugiere que las pérdidas por fricción de dos fases son, en cualquier caso, mayores que las pérdidas por fricción de una fase. El multiplicador de fricción homogéneo aumenta rápidamente con la calidad del flujo .
Las calidades de flujo típicas en generadores de vapor y núcleos BWR son del orden del 10 al 20%. La pérdida por fricción de dos fases correspondiente sería entonces 2 – 4 veces mayor que en un sistema monofásico equivalente.
Pérdida menor de dos fases
En la industria, cualquier sistema de tuberías contiene diferentes elementos tecnológicos como extremos b , accesorios, válvulas o canales calentados . Estos componentes adicionales se suman a la pérdida general de carga del sistema. Dichas pérdidas generalmente se denominan pérdidas menores , aunque a menudo representan una parte importante de la pérdida de carga . Para sistemas de tuberías relativamente cortos, con un número relativamente grande de curvas y accesorios, las pérdidas menores pueden exceder fácilmente las pérdidas mayores (especialmente con una válvula parcialmente cerrada que puede causar una mayor pérdida de presión que una tubería larga, de hecho cuando una válvula está cerrada o casi cerrado, la pérdida menor es infinita).
Las pérdidas menores monofásicas se miden comúnmente experimentalmente. Los datos, especialmente para las válvulas, dependen en cierta medida del diseño particular del fabricante. La pérdida de presión en dos fases debido a obstrucciones de flujo local se trata de manera similar a las pérdidas por fricción monofásicas , a través del multiplicador de pérdida local .
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