Chute de pression en deux phases
Dans l’analyse pratique des systèmes de tuyauterie la quantité de la plus haute importance est la perte de pression due aux effets visqueux le long de la longueur du système, ainsi que les pertes de pression supplémentaires provenant d’autres équipements technologiques tels que , les vannes, les coudes, les entrées de tuyauterie, les raccords et les tees .
Contrairement aux pertes de charge monophasées, le calcul et la prévision des pertes de charge diphasiques constituent un problème beaucoup plus complexe et les méthodes principales diffèrent considérablement. Les données expérimentales indiquent que la perte de charge par frottement dans l’écoulement diphasique (par exemple dans un canal d’ébullition) est sensiblement plus élevée que celle d’un écoulement monophasé ayant la même longueur et le même débit massique. Cela s’explique notamment par une augmentation apparente de la rugosité de la surface due à la formation de bulles à la surface chauffée et à une augmentation de la vitesse d’écoulement.
Chute de pression – Modèle à écoulement homogène
L’approche la plus simple pour la prévision des écoulements diphasiques consiste à traiter l’ensemble du débit diphasique comme s’il était tout liquide , à l’exception de l’écoulement à la vitesse du mélange diphasique . Les pertes de charge diphasiques pour les écoulements à l’intérieur des canalisations et des canaux sont la somme de trois contributions:
- la chute de pression statique ∆p statique( hauteur d’élévation )
- la chute de pression momentanée ∆p mom ( accélération du fluide )
- la chute de pression de friction ∆p frict
La perte de charge totale du débit diphasique est alors:
Totalp total = staticp statique + p maman + p frict
Les pertes de charge statiques et en moment peuvent être calculées de la même manière qu’en cas d’écoulement monophasé et en utilisant la densité de mélange homogène :
Le terme le plus problématique est la chute de pression de frottement ∆p frict , qui est basée sur la chute de pression monophasée multipliée par le facteur de correction biphasé ( multiplicateur de frottement homogène – Φ lo 2 ). Par cette approche, la composante frictionnelle de la chute de pression diphasique est:
où (dP / dz) 2f est le gradient de pression de frottement d’un écoulement diphasique et (dP / dz) 1f est le gradient de pression de frottement si tout le débit (du débit massique total G) s’écoule sous forme liquide dans le canal ( pression monophasée standard goutte ). Le terme Φ lo 2 est le multiplicateur de frottement homogène , qui peut être dérivé selon différentes méthodes. L’un des multiplicateurs possibles est égal à Φ lo 2 = (1 + x g (ρ l / ρ g – 1)) et donc:
Comme on peut le voir, ce modèle simple suggère que les pertes par frottement diphasiques sont en tout état de cause supérieures aux pertes par frottement monophasées. Le multiplicateur de frottement homogène augmente rapidement avec la qualité du flux .
Les qualités d’écoulement typiques dans les générateurs de vapeur et les noyaux BWR sont de l’ordre de 10 à 20%. La perte de frottement biphasique correspondante serait alors 2 à 4 fois supérieure à celle d’un système monophasé équivalent.
Perte mineure en deux phases
Dans l’industrie, tout système de tuyauterie contient différents éléments technologiques comme les extrémités b , les raccords, les vannes ou les canaux chauffants . Ces composants supplémentaires augmentent la perte de charge globale du système. Ces pertes sont généralement appelées pertes mineures , bien qu’elles représentent souvent une part importante de la perte de charge . Pour les systèmes de tuyaux relativement courts, avec un nombre relativement important de coudes et de raccords, les pertes mineures peuvent facilement dépasser les pertes majeures (en particulier avec une vanne partiellement fermée qui peut provoquer une perte de pression plus importante qu’un long tuyau, en fait quand une vanne est fermée ou presque fermée, la perte mineure est infinie).
Les pertes mineures monophasées sont généralement mesurées expérimentalement. Les données, en particulier pour les vannes, dépendent quelque peu de la conception particulière du fabricant. La perte de pression diphasique due à des obstructions d’écoulement local est traitée d’une manière similaire aux pertes de friction monophasées – via un multiplicateur de perte local .
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