Multiphaseflöden

Multiphaseflöden är flöden där flera faser, såsom gas, vätska eller fast ämne, samtidigt finns närvarande i samma domän och bildar gränssnitt mellan faserna. Vanliga kombinationer är gas–vätska, gas–fast och vätska–vätska. Fasfraktioner (volymfraktioner) varierar längs flödesvägen och styr tryckfall, överföring av värme och massa samt blandning och separation.

I ett multiphaseflöde uppträder olika beteenden beroende på hur faserna fördelar sig och interagerar. Dispergerade flöden kännetecknas av små bubblor eller partiklar i en kontinuerlig fas, medan kontinuerliga flöden har en dominerande fas med inbäddade avlagringar. Viktiga begrepp är fasfraktioner (holdup), slipfart mellan faserna och gränssnittets massa- och värmeutbyte. Turbulensmodifieringar av flödet och fasernas koalescens eller upplösning spelar stor roll för mikroskopisk struktur och makroskopiskt beteende.

Den teoretiska ramen kännetecknas ofta av Euler–Euler-modellen för två faser, där mass-, momentum- och energiekvationer skrivs för varje fas samtidigt som interfaciala utbyten inkluderas. Volymfraktionerna följer transportsekvationer. Numeriskt används metoder som volymen av vätska (VOF), Level-Set och olika två-fas-modeller (Eulerian–Eulerian) för att fånga gränssnitt och flödesdynamik. Särskilda modeller hanterar interfacial drag, värme- och massaöverföring samt fasklyvning och koalescens.

Vanliga tillämpningar finns inom olje- och gasindustrin (rörledningar, separatorer), kemisk industri (reaktorer med ånga och vätska), och energi- samt miljöområden. Utmaningar inkluderar osäkerheter i closures för interfaciala överföringar, beräkningskostnader och begränsad experimentell data för komplexa system.