2상류

Two-phase flow
2상 흐름의 다른 모드.

유체역학에서 2상 흐름은 기체와 액체의 흐름입니다. 이는 다상 흐름의 특별한 예입니다.2상 흐름은 외부 가열의 결과로 순수한 액체에서 증기로 이동하는 흐름, 분리된 흐름 및 연속 운반체 위상(가스 또는 액체)에서 입자, 물방울 또는 기포의 형태로 한 상이 존재하는 분산된 2상 흐름 등 다양한 형태로 발생할 수 있습니다.

분류

2상 흐름을 분류하기 위해 널리 받아들여지고 있는 방법은 사용 가능한 다른 위상이 없는 것처럼 각 위상의 속도를 고려하는 것이다.파라미터는 Superficial velocity라고 불리는 가상의 개념입니다.

예와 응용 프로그램

역사적으로 가장 일반적으로 연구된 2상 흐름 사례는 대규모 전력 시스템일 것이다.석탄과 가스 화력 발전소는 터빈에 사용할 증기를 생산하기 위해 매우 큰 보일러를 사용했다.이 경우 가압수는 가열된 배관을 통과하고 배관을 통과하면서 증기로 변한다.보일러의 설계에는 단상 사례와는 크게 다른 2상 흐름 열전달 및 압력 강하 거동에 대한 자세한 이해가 필요합니다.더 중요한 것은 원자로가 물을 사용하여 2상 [1]흐름을 이용하여 노심으로부터 열을 제거한다는 것이다.이러한 경우 2상 흐름의 특성에 대해 많은 연구가 수행되어 엔지니어가 배관 고장의 가능성, 압력 손실 등(냉각재 상실 사고(LOCA))[2]에 대비하여 설계할 수 있습니다.

2상 흐름이 발생할 수 있는 또 다른 경우는 펌프 캐비테이션입니다.여기서 펌프는 펌핑되는 유체의 증기 압력에 근접하여 작동합니다.예를 들어 펌프의 베인 근처에서 국지적으로 압력이 더 떨어지면 상변화가 발생하여 펌프에 가스가 존재할 수 있습니다.해양 프로펠러에도 유사한 영향이 발생할 수 있습니다. 어디서 발생하든 설계자에게는 심각한 문제입니다.증기 기포가 붕괴되면, 그것은 매우 큰 압력 스파이크를 만들어 낼 수 있고, 이것은 시간이 지남에 따라 프로펠러나 터빈에 손상을 입힐 것이다.

위의 2상 흐름 케이스는 증기 및 물과 같은 2상류로서 단독으로 발생하는 단일 유체에 대한 것이다.'2상 흐름'이라는 용어는 공기와 물, 오일과 천연가스 등 상이한 유체의 혼합물에도 적용된다.때로는 고형물의 상당한 부분이 있을 수 있는 석유 및 가스 파이프라인과 같이 3상 흐름도 고려됩니다.오일과 물은 엄밀하게 구별되는 상은 아니지만(둘 다 액체이기 때문에) 때로는 2상 흐름으로 간주되며, 오일, 가스 및 물의 조합(예: 연안 유정으로부터의 흐름)도 3상 흐름으로 간주될 수 있다.

2상 흐름이 연구되는 다른 흥미로운 영역에는 물 전기 분해,[3] [2]구름과 같은 기후 시스템, 그리고 흙을 통과하는 물과 공기의 움직임이 연구되는 지하수 흐름 등이 있습니다.

2상 흐름의 다른 예로는 거품, 비, 바다의 파도, 거품, 분수, 무스, 저온학, 오일 슬릭 등이 있습니다.마지막 예는 금속의 전기적 폭발이다.

2상 흐름의 특성

2상 흐름을 유체 역학의 흥미롭고 도전적인 분야로 만드는 몇 가지 특징이 있습니다.

  • 표면 장력은 모든 동적 문제를 비선형적으로 만듭니다(웨버 번호 참조).
  • 표준 온도와 압력에서 공기와 물의 경우 두 상 밀도는 약 1000배 차이가 납니다.유사한 차이는 전형적인 수액/수증기 밀도이다.
  • 음속은 상변화가 일어나는 재료에 따라 크게 변화하며, 크기가 크게 다를 수 있습니다.이것에 의해, 압축 가능한 효과가 문제에 도입됩니다.
  • 상변화는 순간적이지 않으며, 액체 증기 시스템은 반드시 상평형 상태에 있지 않습니다.
  • 상변화는 밸브를 닫으면 출구 속도가 감소하는 단상 비압축성 흐름과 달리 유동으로 인한 압력 강하가 추가적인 상변화(예: 밸브를 통해 물이 증발할 수 있음)를 일으켜 기체, 압축성 매체의 상대적인 체적을 증가시키고 출구 속도를 증가시킬 수 있음을 의미합니다.
  • 정적인 불안정성 및 기타 동적 [4]불안정성의 예로서 Ledinegg 불안정성, 간헐적 저항성, 츄잉, 완화 불안정성, 흐름의 잘못된 분배 불안정성 등 직관에 반하는 부정적 저항 유형의 불안정성을 야기할 수 있습니다.

음향학

콸콸거리는 병에서 액체가 쏟아지거나 양치질할 때 등 불안정한 2상 유체 흐름으로 인해 발생하는 특징적인 소리입니다.

「 」를 참조해 주세요.

모델링

유체량법을 이용한 버블 군집 시뮬레이션

2상 흐름 모델링은 아직 개발 중입니다.알려진 방법은 다음과 같습니다.

레퍼런스

  1. ^ Bueno, R. C.; Masotti, P. H. F; Justo, J. F.; Andrade, D. A.; Rocha, M. S.; Torres, W. M.; de Mesquita, R. N. (2018). "Two-phase flow bubble detection method applied to natural circulation system using fuzzy image processing". Nucl. Eng. Des. 335: 255-264. doi:10.1016/j.nucengdes.2018.05.026. S2CID 115993691.
  2. ^ a b Salomon Levy, 복잡한 시스템의 2상 흐름, Wiley, 1999
  3. ^ Bisang J.M., Colli A.N. (2022). "Current and Potential Distribution in Two-Phase (Gas Evolving) Electrochemical Reactors by the Finite Volume Method". Journal of the Electrochemical Society. 169 (3): 034524. Bibcode:2022JElS..169c4524C. doi:10.1149/1945-7111/ac5d90. S2CID 247463029.
  4. ^ 기아시안, S.M.2상 흐름, 비등 및 응축:케임브리지 대학 출판부, 2008년 '컨벤션 및 미니어처 시스템(Conventional and Miniature Systems" (컨벤션 및 미니어처 시스템) 페이지 362).

라이트힐 해법에 의한 벽 전단응력이 먼지유체의 2상 변동흐름에 미치는 영향