miniatura|379x379px|Diferents modes de fluxos bifàsics. En mecànica de fluids, el flux bifàsic és un flux de gas i líquid, un exemple particular de flux multifàsic. El flux bifàsic pot ocórrer en diverses formes, com ara fluxos que passen de líquid pur a vapor com a resultat d'un escalfament extern, fluxos separats i fluxos bifàsics dispersos on una fase és present en forma de partícules, gotes o bombolles en una fase portadora contínua (és a dir, gas o líquid).
Categorització El mètode àmpliament acceptat per categoritzar els fluxos bifàsics és considerar la velocitat de cada fase com si no hi hagués altres fases disponibles. El paràmetre és un concepte hipotètic anomenat velocitat superficial.
Exemples i aplicacions Històricament, probablement els casos més estudiats de flux bifàsic són els sistemes d'energia a gran escala. Les centrals elèctriques de carbó i gas utilitzaven calderes molt grans per produir vapor per al seu ús en turbines. En aquests casos, l'aigua a pressió passa a través de canonades escalfades i es transforma en vapor a mesura que es mou per la canonada. El disseny de calderes requereix una comprensió detallada del comportament de la transferència de calor i la caiguda de pressió del flux bifàsic, que és significativament diferent del cas monofàsic. Encara més important, els reactors nuclears utilitzen aigua per eliminar la calor del nucli del reactor mitjançant un flux bifàsic. S'han realitzat molts estudis sobre la naturalesa del flux bifàsic en aquests casos, de manera que els enginyers poden dissenyar contra possibles fallades a les canonades, pèrdues de pressió, etc. (un accident per pèrdua de refrigerant (LOCA)).Salomon Levy, Two-Phase Flow in Complex Systems, Wiley, 1999
Un altre cas on es pot produir un flux bifàsic és la cavitació d'una bomba. Aquí, una bomba funciona a prop de la pressió de vapor del fluid que es bomba. Si la pressió baixa més, cosa que pot passar localment a prop dels àleps de la bomba, per exemple, aleshores es pot produir un canvi de fase i hi haurà gas present a la bomba. Efectes similars també es poden produir en hèlixs marines; allà on es produeixi, és un problema greu per als dissenyadors. Quan la bombolla de vapor col·lapsa, pot produir pics de pressió molt grans, que amb el temps causaran danys a l'hèlix o a la turbina.
Els casos de flux bifàsic anteriors són per a un sol fluid que es presenta per si mateix com a dues fases diferents, com ara vapor i aigua. El terme "flux bifàsic" també s'aplica a mescles de diferents fluids que tenen fases diferents, com ara aire i aigua, o petroli i gas natural. De vegades, fins i tot es considera un flux trifàsic, com ara en oleoductes i gasoductes on hi pot haver una fracció significativa de sòlids. Tot i que el petroli i l'aigua no són fases estrictament diferents (ja que tots dos són líquids), de vegades es consideren com un flux bifàsic; i la combinació de petroli, gas i aigua (per exemple, el flux d'un pou de petroli a alta mar) també es pot considerar un flux trifàsic.
Altres àrees interessants on s'estudia el flux bifàsic inclouen l'electròlisi de l'aigua, sistemes climàtics com els núvols,Salomon Levy, Two-Phase Flow in Complex Systems, Wiley, 1999 i el flux d'aigües subterrànies, en què s'estudia el moviment de l'aigua i l'aire a través del sòl.
Altres exemples de flux bifàsic inclouen bombolles, pluja, onades al mar, escuma, fonts, mousse, criogènia i taques de petroli. Un darrer exemple és l'explosió elèctrica del metall.
Característiques del flux bifàsic Diverses característiques fan del flux bifàsic una branca interessant i desafiant de la mecànica de fluids:
La tensió superficial fa que tots els problemes dinàmics siguin no lineals (vegeu el nombre de Weber) En el cas de l'aire i l'aigua a temperatura i pressió estàndard, la densitat de les dues fases difereix en un factor d'aproximadament 1000. Diferències similars són típiques de les densitats de líquid/vapor d'aigua. La velocitat del so canvia dràsticament per a materials que experimenten un canvi de fase i pot ser ordres de magnitud diferents. Això introdueix efectes compressibles al problema. Els canvis de fase no són instantanis i el sistema de vapor líquid no necessàriament estarà en equilibri de fase. El canvi de fase significa que les caigudes de pressió induïdes pel flux poden causar un canvi de fase addicional (per exemple, l'aigua es pot evaporar a través d'una vàlvula), augmentant el volum relatiu del medi gasós compressible i augmentant les velocitats de sortida, a diferència del flux incompressible monofàsic, on tancar una vàlvula disminuiria les velocitats de sortida. Pot donar lloc a altres inestabilitats de tipus resistència negativa, contraintuïtives, com la inestabilitat de Ledinegg, el geyser, el chugging, la inestabilitat de relaxació i les inestabilitats de mala distribució del flux com a exemples d'inestabilitats estàtiques i altres inestabilitats dinàmiques
Podeu trobar informació addicional i exhaustiva, com ara models matemàtics aplicats,
Acústica El gorgoteig és un so característic que produeix un flux de fluids bifàsic inestable, per exemple, quan s'aboca líquid d'una ampolla o durant fer gàrgares.
Modelatge miniatura|250x250px|Simulació d'eixam de bombolles utilitzant el mètode del volum de fluid La modelització del flux bifàsic encara està en desenvolupament. Els mètodes coneguts són
Mètode del volum de fluid Mètode de nivells Seguiment frontal per Gretar Tryggvason Mètodes de Boltzmann en xarxa Hidrodinàmica de partícules suavitzades (SPH)
Referències
Categoria:Dinàmica de fluids