Was ist Zweiphasenströmung?
Eine Zweiphasenströmung ist ein Prozess, bei dem ein Fluid von einer Phase in eine andere wechselt, üblicherweise von Gas in Flüssigkeit oder von Flüssigkeit in Gas. Dieser Prozess wird üblicherweise als Wärmeübertragungsmechanismus verwendet. Es wird häufig in Kühlgeräten, Klimaanlagen, Wärmepumpen oder anderen Klimatisierungssystemen eingesetzt.
Eine Phase ist eine Änderung des Aggregatzustands eines Materials. Zum Beispiel hat Wasser drei physikalische Zustände: fest, flüssig und gasförmig. Wenn sich beispielsweise ein Material von einem Feststoff in eine Flüssigkeit oder von einem Gas in eine Flüssigkeit verwandelt, wird diese Änderung als Phase bezeichnet. Während eines Phasenwechsels wird Energie übertragen. Diese Energie hilft entweder, den Phasenwechsel einzuleiten oder wird während der Wechselphase freigesetzt.
Bei einer Zweiphasenströmung werden nur zwei dieser Phasen betrachtet, normalerweise eine Flüssigkeit und ein Gas. Beispielsweise verwandelt sich eine typische Kältemittelflüssigkeit beim Komprimieren in ein Gas und beim Expandieren in ein Gas. Die primäre Methode der Energieübertragung während dieser Zweiphasenströmung ist normalerweise die Wärmeenergie.
Dieses Zweiphasenströmungsfluid oder Kältemittel wird speziell in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen eines gegebenen Systems ausgewählt. Der Schlüssel zur Auswahl eines Zweiphasenfluids liegt in der Berücksichtigung der Kompressibilität des Fluids als Gas und der Wärmeaufnahmefähigkeit als Fluid. Zusätzlich sollte dieses Fluid die Fähigkeit haben, bei bestimmten Betriebsdrücken in einem geschlossenen System die Phase zu ändern.
Eine typische Klimaanlage enthält beispielsweise eine Kompressorpumpe, ein Expansionsventil und zwei Sätze von Wärmeübertragungsschlangen. Alle diese Komponenten arbeiten zusammen, um ein Phasenänderungsfluid durch das System zu bewegen. Die typische Zweiphasenströmung für ein Flüssigkeits- / Gassystem besteht aus einem vierstufigen Prozess.
Ein gasförmiges Kältemittel wird zunächst von einer Pumpe komprimiert, wobei das Gas in eine Flüssigkeit umgewandelt wird. Die Flüssigkeit fließt dann in die erste Wärmeübertragungsspule und gibt ihre Wärmeenergie ab. Das unter Druck stehende Fluid wird dann durch das Expansionsventil und in die Niederdruckkühlschlangen ausgestoßen. Wenn das Fluid das Ventil verlässt, wechselt es durch die Absorption von Wärmeenergie erneut die Phase von einer Flüssigkeit in ein Gas.
Einige Zweiphasensysteme können, wenn sie mit speziellen Ventilen und Schaltern ausgestattet sind, rückwärts betrieben werden. Ein bekanntes reversibles System ist eine Wärmepumpe. In den wärmeren Monaten kühlt das System das Innere einer Wohnung, und in den kühleren Monaten kehrt sich das System um und liefert Wärme.