En mecánica de fluidos , el flujo bifásico es un flujo de gas y líquido , un ejemplo particular de flujo multifásico . El flujo de dos fases puede ocurrir de varias formas, como flujos que pasan de líquido puro a vapor como resultado del calentamiento externo , flujos separados y flujos de dos fases dispersos donde una fase está presente en forma de partículas, gotas o burbujas. en una fase portadora continua (es decir, gas o líquido).
El método ampliamente aceptado para categorizar flujos de dos fases es considerar la velocidad de cada fase como si no hubiera otras fases disponibles. El parámetro es un concepto hipotético llamado velocidad superficial .
Históricamente, probablemente los casos de flujo bifásico más comúnmente estudiados se encuentran en sistemas de energía a gran escala. Las centrales eléctricas alimentadas con carbón y gas utilizaban calderas muy grandes para producir vapor para su uso en turbinas . En tales casos, el agua a presión pasa a través de tuberías calentadas y se convierte en vapor a medida que avanza por la tubería. El diseño de calderas requiere una comprensión detallada del comportamiento de la transferencia de calor y la caída de presión del flujo bifásico, que es significativamente diferente del caso monofásico. Aún más crítico, los reactores nucleares utilizan agua para eliminar el calor del núcleo del reactor mediante un flujo de dos fases. Se han realizado muchos estudios sobre la naturaleza del flujo de dos fases en tales casos, de modo que los ingenieros puedan diseñar contra posibles fallas en las tuberías, pérdida de presión, etc. (un accidente por pérdida de refrigerante (LOCA)) . [1]
Otro caso donde puede ocurrir flujo bifásico es en la cavitación de bombas . Aquí una bomba funciona cerca de la presión de vapor del fluido que se bombea. Si la presión cae aún más, lo que puede ocurrir localmente cerca de las paletas de la bomba, entonces puede ocurrir un cambio de fase y habrá gas en la bomba. También pueden ocurrir efectos similares en las hélices marinas; Dondequiera que ocurra, es un problema grave para los diseñadores. Cuando la burbuja de vapor colapsa, puede producir picos de presión muy grandes, que con el tiempo provocarán daños en la hélice o la turbina.
Los casos de flujo de dos fases anteriores son para un solo fluido que se produce por sí solo en dos fases diferentes, como vapor y agua. El término "flujo bifásico" también se aplica a mezclas de diferentes fluidos que tienen diferentes fases, como aire y agua, o petróleo y gas natural. A veces incluso se considera el flujo trifásico , como en los oleoductos y gasoductos, donde puede haber una fracción significativa de sólidos. Aunque el petróleo y el agua no son fases estrictamente distintas (ya que ambos son líquidos), a veces se los considera como un flujo de dos fases; y la combinación de petróleo, gas y agua (por ejemplo, el flujo de un pozo petrolero marino) también puede considerarse un flujo trifásico.
Otras áreas interesantes donde se estudia el flujo de dos fases incluyen la electrólisis del agua , [2] sistemas climáticos como las nubes , [1] y el flujo de agua subterránea , en el que se estudia el movimiento del agua y el aire a través del suelo.
Otros ejemplos de flujo de dos fases incluyen burbujas , lluvia , olas en el mar , espuma , fuentes , mousse , criogénicos y mareas negras . Un último ejemplo es la explosión eléctrica del metal.
Varias características hacen del flujo bifásico una rama interesante y desafiante de la mecánica de fluidos:
El gorgoteo es un sonido característico producido por un flujo inestable de líquido de dos fases, por ejemplo, cuando se vierte líquido de una botella o al hacer gárgaras .
El modelado del flujo de dos fases aún está en desarrollo. Los métodos conocidos son