Relación de deslizamiento (flujo gas-líquido)

La relación de deslizamiento (o relación de velocidad ) en el flujo gas-líquido (bifásico) se define como la relación entre la velocidad de la fase gaseosa y la velocidad de la fase líquida. ^[1]

En el modelo homogéneo de flujo bifásico , se supone por definición que la relación de deslizamiento es la unidad (sin deslizamiento). Sin embargo, se observa experimentalmente que la velocidad de las fases gaseosa y líquida puede ser significativamente diferente, dependiendo del patrón de flujo (por ejemplo , flujo de tapón , flujo anular, flujo de burbujas, flujo estratificado, flujo de slug, flujo de agitación). Los modelos que tienen en cuenta la existencia del deslizamiento se denominan "modelos de flujo separado".

Las siguientes identidades se pueden escribir utilizando las definiciones interrelacionadas:

${\displaystyle S={\frac {u_{G}}{u_{L}}}={\frac {U_{G}(1-\epsilon _{G})}{U_{L}\epsilon _{G}}}={\frac {\rho _{L}x(1-\epsilon _{G})}{\rho _{G}(1-x)\epsilon _{G}}}}$

dónde:

• S – relación de deslizamiento, adimensional
• Los índices G y L se refieren a la fase gaseosa y líquida, respectivamente.
• u – velocidad, m/s
• U – velocidad superficial , m/s
• ${\displaystyle \epsilon }$– fracción vacía , adimensional
• ρ – densidad de una fase, kg/m ³
• x – calidad del vapor , adimensional.

Correlaciones para la relación de deslizamiento

Existen varias correlaciones para la relación de deslizamiento.

Para un flujo homogéneo, S = 1 (es decir, no hay deslizamiento).

La correlación de Chisholm ^{[2] [3]} es:

${\displaystyle S={\sqrt {1-x\left(1-{\frac {\rho _{L}}{\rho _{G}}}\right)}}}$

La correlación de Chisholm se basa en la aplicación del modelo de flujo anular simple y equipara las caídas de presión por fricción en la fase líquida y gaseosa.

La relación de deslizamiento para haces de tubos horizontales de flujo cruzado de dos fases se puede determinar utilizando la siguiente correlación:

${\displaystyle S=1+25.7{\sqrt {Ri\cdot Ca}}\cdot {\bigl (}P/D)^{-1}}$ donde los números de Richardson y capilar se definen como y . ^[4] ${\displaystyle Ri={\frac {(\rho _{l}-\rho _{g})^{2}\cdot g\cdot y_{min}}{G^{2}}}}$ ${\displaystyle Ca={\frac {\mu _{l}}{\sigma }}\left({\frac {x\cdot G}{\epsilon \cdot \rho _{g}}}\right)}$

Para paquetes de superficies mejoradas, la relación de deslizamiento se puede definir como:

${\displaystyle S=6.71{\sqrt {(Ri\cdot Ca)}}}$^[5]

Dónde:

• S – relación de deslizamiento, adimensional
• P – paso de la línea central del tubo
• D – diámetro del tubo
• Subíndice – fase líquida ${\displaystyle l}$
• Subíndice – fase gaseosa ${\displaystyle g}$
• g– aceleración gravitacional
• ${\displaystyle y_{min}}$– distancia mínima entre los tubos
• Flujo másico G (flujo másico por unidad de área)
• ${\displaystyle \mu }$– viscosidad dinámica
• ${\displaystyle \sigma }$– tensión superficial
• ${\displaystyle x}$– calidad termodinámica
• ${\displaystyle \epsilon }$– fracción vacía

Referencias

1. GF Hewitt, GL Shires, YVPolezhaev (editores), "Enciclopedia internacional de transferencia de calor y masa", CRC Press, 1997.
2. D. Chisholm, "Flujo bifásico en tuberías e intercambiadores de calor", Longman Higher Education, 1983. ISBN  0-7114-5748-4
3. John R. Thome, "Libro de datos de ingeniería de transferencia de calor de Wolverine III", Wolverine Tube Inc, 2004, Capítulo 17 "Libros de datos de transferencia de calor | Productos | Wolverine Tube Inc". Archivado desde el original el 29 de abril de 2010. Consultado el 3 de mayo de 2010 ..
4. Feenstra, PA; Weaver, DS; Judd, RL (1 de noviembre de 2000). "Un modelo mejorado de fracción de vacío para flujo cruzado de dos fases en haces de tubos horizontales". Revista internacional de flujo multifásico . 26 (11): 1851–1873. doi :10.1016/S0301-9322(99)00118-4.
5. Gorgy, Evraam; Eckels, Steven (1 de agosto de 2016). "Ebullición convectiva de R-134a en haces de tubos mejorados". Revista internacional de refrigeración . 68 : 145–160. doi :10.1016/j.ijrefrig.2016.04.010. hdl : 2097/39382 .