二相流とは？

2相流とは、流体が1つの相から別の相に変化するプロセスで、通常は気体から液体に、または液体から気体に変化します。 このプロセスは、一般的に熱伝達メカニズムとして使用されます。 冷凍ユニット、空調システム、ヒートポンプ、またはその他の気候制御システムでよく見られます。

フェーズは、材料の物理的状態の変化です。 たとえば、水には、固体、液体、気体の3つの物理的状態があります。 例として、材料が固体から液体に、または気体から液体に変化するとき、この変化は相と呼ばれます。 相変化の間、エネルギーが転送されます。 このエネルギーは、相変化の開始に役立つか、相変化中に放出されます。

二相流の場合、これらの相のうち、通常は液体と気体の2つだけが考慮されます。 例えば、典型的な冷媒液体は通常、圧縮されると液体から気体に変化し、膨張すると液体から気体に戻ります。 この二相流中のエネルギー伝達の主な方法は、通常、熱エネルギーによるものです。

この二相流流体または冷媒は、特定のシステムの動作条件に応じて特に選択されます。 二相流体を選択するための鍵は、流体の圧縮性を気体として、熱吸収能力を流体として考慮することです。 さらに、この流体には、閉じたシステム内の特定の動作圧力で相変化する能力が必要です。

たとえば、一般的な空調ユニットには、コンプレッサーポンプ、膨張弁、2組の伝熱コイルが含まれています。 これらのコンポーネントはすべて連携して動作し、システム内で相変化する流体を動かします。 液体/気体システムの典型的な二相流は、4段階のプロセスで構成されています。

ガス冷媒は最初にポンプで圧縮され、その間にガスが液体に相変化します。 その後、液体は最初の伝熱コイルに流れ込み、その熱エネルギーを放出します。 加圧された流体は、その後、膨張弁を通って低圧冷却コイルに排出されます。 流体がバルブを出ると、熱エネルギーの吸収により、液体から気体へと再び相が変化します。

一部の2相システムは、特殊なバルブとスイッチを装備している場合、逆に操作できます。 おなじみの可逆システムはヒートポンプです。 暖かい月には、システムは住居の内部を冷却し、冷たい月には、システムが逆転し、熱を供給します。