O que é padrão de fluxo – fluxo bifásico – definição

As estruturas de fluxo observadas são definidas como padrões de fluxo bifásicos e possuem características de identificação particulares. Padrões de fluxo – fluxo bifásico

Padrões de fluxo – fluxo bifásico

Um dos aspectos mais desafiadores de lidar com o fluxo bifásico ou multifásico é o fato de que ele pode assumir muitas formas diferentes . As distribuições espaciais e as velocidades das fases líquida e de vapor no canal de fluxo são aspectos muito importantes em muitos ramos da engenharia. Quedas de pressão e também coeficientes de transferência de calor dependem fortemente da estrutura do fluxo local e, portanto, é importante na engenharia de reatores nucleares . As estruturas de fluxo observadas são definidas como padrões de fluxo bifásicose estes têm características de identificação particulares. Esses diferentes padrões de fluxo foram categorizados de acordo com a direção do fluxo em relação à aceleração gravitacional.

  • Padrões de fluxo em tubos verticais
  • Padrões de fluxo em tubos horizontais
padrões de fluxo
Tabela de padrões básicos de fluxo em tubos verticais.

Os principais regimes de fluxo em tubos verticais são mostrados na tabela. Deve-se observar que os valores de qualidadevazão dependem do fluido e da pressão. Nos tubos horizontais , também pode haver fluxo estratificado (especialmente em vazões baixas), nas quais as duas fases se separam sob o efeito da gravidade.

Para uma vazão constante de líquido, a fase de vapor / gás tende a ser distribuída como pequenas bolhas a baixas vazões de vapor. O aumento da fração de vazio causa aglomeração de bolhas em plugues e lesmas maiores . A aglomeração adicional de lesmas, causada pelo aumento da fração de vazio, causa a separação das fases em padrões anulares, em que o líquido se concentra na parede do canal e o vapor flui no núcleo central do canal vertical.

Para o canal horizontal , a força gravitacional tende a drenar o anel líquido em direção à parte inferior do canal, resultando em fluxo estratificado . A força gravitacional que atua na fase líquida pode ser superada por forças cinéticas a altas taxas de fluxo, fazendo com que fluxos estratificados voltem a fluxos anulares. Em vazões muito altas , o filme anular é diluído pelo cisalhamento do núcleo de vapor e todo o líquido é arrastado como gotículas na fase de vapor. Esse regime de fluxo é geralmente conhecido como fluxo de névoa .

Veja também:  Livro de Dados de Engenharia III, Thome, JR, Wolverine Tube Inc, 2004.

Padrões de Fluxo – Tubos Verticais

  • Fluxo borbulhante
  • Fluxo de lesmas
  • Fluxo de rotatividade
  • Fluxo anular
  • Fluxo de névoa
Borbulhante - Lesma - Batedeira - Anular - Névoa - Fluxo
Esboços de regimes de fluxo para fluxo bifásico em um tubo vertical. Fonte: Weisman, J. Padrões de fluxo bifásicos. Capítulo 15 do Manual de Fluidos em Movimento, Cheremisinoff NP, Gupta R. 1983, Ann Arbor Science Publishers.
padrões de fluxo - fluxo vertical - Hewitt
O mapa do regime de fluxo vertical de Hewitt e Roberts (1969) para fluxo em um tubo de 3,2 cm de diâmetro, validado para fluxo de ar / água à pressão atmosférica e fluxo de vapor / água a alta pressão. Fonte: Brennen, CE, Fundamentos de fluxos multifásicos, Cambridge University Press, 2005, ISBN 0521 848040

Padrões de Fluxo – Tubos Horizontais

  • Fluxo borbulhante
  • Fluxo estratificado
  • Fluxo da tomada e fluxo da lesma
  • Fluxo anular
  • Fluxo de névoa
bolha, plug, lesma, anular, névoa, fluxo estratificado ou ondulado
Esboços de regimes de fluxo para fluxo bifásico em um tubo horizontal. Fonte: Weisman, J. Padrões de fluxo bifásicos. Capítulo 15 do Manual de Fluidos em Movimento, Cheremisinoff NP, Gupta R. 1983, Ann Arbor Science Publishers.
padrões de fluxo - fluxo horizontal
Um mapa de regime de fluxo para o fluxo de uma mistura ar / água em um tubo horizontal de 2,5 cm de diâmetro a 25 ° C e 1 bar. Linhas e pontos sólidos são observações experimentais das condições de transição, enquanto as zonas tracejadas representam previsões teóricas. Fonte: Mandhane, JM, Gregory, GA e Aziz, KA (1974). Um mapa de padrões de fluxo para fluxo gás-líquido em tubos horizontais. Int. J. Fluxo multifásico

Padrões de fluxo durante a evaporação

A seção anterior descreve vários padrões de fluxo e descreve brevemente seu comportamento. Esses padrões de fluxo foram considerados em fração de vazio constante e em velocidades superficiais constantes . Mas existem muitas aplicações industriais que precisam considerar uma fração de vazio variável e velocidades superficiais variáveis. Na indústria nuclear, temos que lidar com os padrões de fluxo durante a evaporação (isto é, durante mudanças na fração de vazio ).

O conhecimento detalhado das mudanças de fase e o comportamento do fluxo durante a mudança de fase é uma das considerações mais importantes no projeto de um reator nuclear , especialmente nas seguintes aplicações:

  • evaporação convectiva - canal verticalBWR – Reatores de água fervente
    • Um reator de água fervente é resfriado e moderado por água como um PWR, mas a uma pressão mais baixa (7MPa), que permite que a água ferva dentro do vaso de pressão produzindo o vapor que aciona as turbinas. Portanto, a evaporação ocorre diretamente nos canais de combustível. Portanto, os BWRs são o melhor exemplo para esta área, porque a evaporação do líquido refrigerante ocorre na operação normal e é um fenômeno muito desejado.
    • Nos BWRs, há um fenômeno que é da maior importância na segurança do reator . Esse fenômeno é conhecido como “seca” e está diretamente associado a alterações no padrão de fluxo durante a evaporação. Normalmente, a superfície do combustível é efetivamente resfriada com líquido de ebulição fervente. No entanto, quando o fluxo de calor excede um valor crítico (CHF – fluxo de calor crítico), o padrão de fluxo pode atingir as condições de secagem (a película fina de líquido desaparece). A transferência de calor da superfície do combustível para o refrigerante é deteriorada, com o resultado de um aumento drástico da temperatura da superfície do combustível .
  • PWR – Reatores de água pressurizada
    • Em PWRs em operação normal, o fluxo é considerado monofásico. Porém, muitos estudos foram realizados sobre a natureza do fluxo bifásico em caso de transientes e acidentes (como o acidente com perda de líquido refrigerante – LOCA ou disparo de RCPs ), que são importantes para a segurança do reator e deve ser comprovado e declarado no Relatório de Análise de Segurança (SAR). No caso de PWRs, o fenômeno problemático não é a seca. No caso de PWRs, o fluxo crítico é o fluxo anular invertido . Esse fluxo ocorre quando uma superfície de revestimento da barra de combustível é superaquecida, o que causa a formação de uma camada de vapor local, causando uma redução drástica na capacidade de transferência de calor. Esse fenômeno é conhecido como afastamento da ebulição nucleada – DNB . A diferença no regime de fluxo entre o fluxo pós-secagem e o fluxo pós-DNB é mostrada na figura.
    • Nos PWRs, a evaporação ocorre também em geradores de vapor. Geradores de vapor são trocadores de calor usados ​​para converter água de alimentação em vapor a partir do calor produzido no núcleo de um reator nuclear . O vapor produzido aciona a turbina.

evaporação por convecção - canal horizontal

 

 

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Este artigo é baseado na tradução automática do artigo original em inglês. Para mais informações, consulte o artigo em inglês. Você pode nos ajudar. Se você deseja corrigir a tradução, envie-a para: tran[email protected] ou preencha o formulário de tradução on-line. Agradecemos sua ajuda, atualizaremos a tradução o mais rápido possível. Obrigado.