Carte de configuration

Carte de configuration

 

  Nous avons traçé les différents écoulements en fonction du nombre de Reynolds de la phase gazeuse et du nombre de Reynolds de la phase liquide. Cette carte contient un peu plus de 300 points de mesure.

  Elle peut aussi être trâcée en fonction du nombre de Weber de la phase gazeuse et du nombre de Weber de la phase liquide. On remarque que les écoulements e transitions annulaire - poches bouchons et les écoulements annulaires se retrouvent superposés.

Les transitions

  La transition d'un écoulement à bulles vers un écoulement poche bouchon se fait par coalescence des grosses bulles au centre de l’écoulement. Cette transition est progressive, mais présente deux régimes différents selon la valeur du nombre d’Ohnesorge :

$$ \frac {1} {Oh^2} = \frac {\sigma D} {\rho_l \nu_l^2} $$

  Pour une valeur inférieure à 1.5 106 le taux de vide critique vaut 0.45 (0.54 pour le titre vapeur). Au-delà, le taux de vide critique vaut 0.20 (0.24 pour le titre vapeur).

  Un modèle pour prédire la tansition d'un écoulement poches bouchons vers un écoulement annulaire consiste à calculer le taux de vide avec en écoulement poche bouchon et à considérer que la transition a lieu quand ce taux de vide est égal à celui obtenu pour un écoulement annulaire.

  Il existe aussi un modèle qui utilise l’inertie de la vapeur. En effet, une fois que l'inertie de la vapeur surpasse les forces de tensions de surface, le coeur gazeux s'installe dans l'écoulement. Le nombre de Weber compare l'importance de ces deux effets. La transition peut donc être caractérisée par un nombre de Weber critique.

  La transition s’organise de la façon suivante : les poches de gaz l’allongent et se réduisent leur diamètre. Ensuite, elles coalescent les une avec les autres. A ce moment, on observe un cœur gazeux en formation et de petites bulles périphériques. Puis le cœur gazeuse grandit et absorbe les petites bulles.

  A partir de la carte que nous avons établit, nous observons un écoulement annulaire pour une nombre de Reynolds de la phase gazeuse égal à 7000. Nous proposons la relation suivante pour délimiter la zone de transition vers un écoulement annulaire.

$$ Log(Re_l) < 2.10 Log(Re_g) - 3.21$$

$$ Re_g < 7000 $$

 

 

Les données

  Pour établir cette carte, nous nous sommes appuyés sur les données de :

I. Chen and R R. Downing. Measurement and correlation of two-phase pressure drop under microgravity conditions. Thermophysics, 5 : 514, Oct-Dec 1991.

W. S. Bousman and A. E. Dukler. Studies of gaz-liquid flow in microgravity : void fraction, pressure drop and flow patterns. Fluid Mechanics in Microgravity Session, AND-Vol. 174/FED-Vol. 175, December 1993.

J. B. McQuillen, A. E. Dukler, J. A. Fabre and R, Vernon. Gas-liquid flow at microgravity conditions : flows pattern and their transitions. International Journal od Multiphase Flow, 14 :389, 1988.

K. S. Rezkallah. Weber number based flow-pattern maps for liquid-gas flow at microgravity. International Journal od Multiphase Flow, Vol 22, No 6, pp 1265-1270, 1996.

M. Narcy, E. De Malmazet, C. Colin. Flow boiling in straight heated tube under microgravity conditions. ECI 8th International Conference on Boiling and Condensation Heat Transfer, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, 3-7 June 2012 Lausanne, Switzerland.

I. Chen and R R. Downing. A reduced gravity flight experiment: observed flow regimes and pressure drops of vapor and liquid flow in adiabatic piping.