Qu'est-ce qu'un écoulement en deux phases?

Un flux en deux phases est un processus dans lequel un fluide passe d’une phase à l’autre, généralement d’un gaz à l’autre ou d’un liquide à l’autre. Ce processus est couramment utilisé comme mécanisme de transfert de chaleur. On le trouve couramment dans les unités de réfrigération, les systèmes de climatisation, les pompes à chaleur ou d'autres systèmes à climat contrôlé.

Une phase est un changement de l'état physique d'un matériau. Par exemple, l'eau a trois états physiques: solide, liquide et gazeux. À titre d'illustration, lorsqu'un matériau se transforme d'un solide en un liquide ou d'un gaz en un liquide, ce changement s'appelle une phase. Lors d'un changement de phase, de l'énergie est transférée. Cette énergie aide à initier le changement de phase ou est libérée pendant la phase de changement.

Pour un écoulement à deux phases, seules deux de ces phases sont considérées, généralement un liquide et un gaz. Par exemple, un liquide réfrigérant typique se transforme généralement en un gaz d'un liquide lorsqu'il est comprimé et d'un liquide en un gaz lorsqu'il est détendu. La principale méthode de transfert d'énergie au cours de cet écoulement en deux phases est généralement l'énergie thermique.

Ce fluide à écoulement à deux phases, ou fluide frigorigène, est spécifiquement choisi en fonction des conditions de fonctionnement d'un système donné. La clé du choix d’un fluide à deux phases consiste à considérer la compressibilité du fluide en tant que gaz et la capacité d’absorption de chaleur en tant que fluide. En outre, ce fluide devrait pouvoir changer de phase à des pressions de fonctionnement spécifiques dans un système fermé.

Une unité de climatisation typique, par exemple, contient une pompe à compresseur, un détendeur et deux jeux de serpentins de transfert de chaleur. Tous ces composants fonctionnent ensemble et déplacent un fluide à changement de phase dans le système. L'écoulement en deux phases typique d'un système liquide / gaz consiste en un processus en quatre étapes.

Un réfrigérant gazeux est d'abord comprimé par une pompe, au cours de laquelle le gaz est transformé en phase liquide. Le liquide pénètre ensuite dans le premier serpentin de transfert de chaleur et libère son énergie thermique. Le fluide sous pression est ensuite expulsé par le détendeur et dans les serpentins de refroidissement à basse pression. Lorsque le fluide quitte la vanne, il passe à nouveau d'une phase à une autre, passant d'un liquide à un gaz, par absorption d'énergie calorifique.

Certains systèmes biphasés, lorsqu'ils sont équipés de vannes et d'interrupteurs spéciaux, peuvent être actionnés en sens inverse. Un système réversible bien connu est une pompe à chaleur. Pendant les mois les plus chauds, le système refroidit l'intérieur d'une habitation et, pendant les mois les plus froids, il est inversé et fournit de la chaleur.

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