Zweiphasenfluss

Zweiphasenfluss bezeichnet das gleichzeitige Fließen von zwei Phasen durch eine gemeinsame Geometrie, typischerweise Gas und Flüssigkeit. Die Phasen können unterschiedliche Dichten, Temperaturen und Geschwindigkeiten aufweisen, was zu komplexen Wechselwirkungen führt. Typische Größen sind der Phasenanteil (Holdup) der Phasen, der Druckverlust sowie die Wärmeübertragung. Zweiphasenfluss tritt in Rohrleitungen, Wärmetauschern und Reaktoren auf, besonders in vertikalen oder horizontalen Leitungen, in denen Verdampfung oder Kondensation stattfinden kann.

Zur Beschreibung werden verschiedene Modelle verwendet. Das homogene Modell behandelt die Phasen als eine einzige Mischung mit gemeinsamer Geschwindigkeit. Das Drift-Flux-Modell berücksichtigt Schlupf zwischen den Phasen. Das Zwei-Fluss-Modell löst getrennte Erhaltungsgleichungen für jede Phase. Zur Charakterisierung dienen Größen wie Phasenanteil, Holdup, Schlupf und Druckverlust; Flow-Regime-Karten ordnen das Verhalten typischen Strömungsregimen wie Blasenfluss, Slugfluss, Churn-Flow oder Annularfluss zu.

Typische Strömungsregime hängen stark von Orientierung und Flussraten ab. In verticalen Rohren dominieren Blasenfluss, Slugfluss und Churn-Flow; in horizontalen Leitungen treten Stratified-, stratified-wavy-, Slug- oder Annularfluss auf. Übergänge zwischen Regimen hängen von Gas- und Flüssigkeitsmengen, Viskosität und Rohrgeometrie ab.

Anwendungsfelder umfassen Öl- und Gasförderung, chemische Prozessanlagen, Kerntechnik-Kühlkreisläufe sowie Geothermie. Messmethoden zur Bestimmung von Phasenanteil und Druckverlust umfassen Gamma-Densitometrie, Durchflussmessung, Hochgeschwindigkeitsfotografie und Ultraschall. Das Verständnis von Zweiphasenfluss unterstützt sichere und effiziente Systeme.