A two-fluid model for non-equilibrium two-phase critical discharge

Authors

  • C. F. Schwellnus,

    1. Department of Mechanical Engineering, McMaster University, Hamilton, Ontario L8S 4L7
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  • M. Shoukri

    Corresponding author
    1. Department of Mechanical Engineering, McMaster University, Hamilton, Ontario L8S 4L7
    • Department of Mechanical Engineering, McMaster University, Hamilton, Ontario L8S 4L7
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Abstract

A general two-fluid model is developed to predict critical (choked) flow of initially saturated or subcooled flow from pipes and nozzles. The model contains improvements in the basic formulation, constitutive relations and solution technique over previously published models. It consists of six conservation equations as well as a seventh equation representing bubble growth in bubbly flow. It allows for hydrodynamic as well as thermal non-equilibrium. The model considers the development of three flow regimes, namely, bubbly, churn and annular flow regimes. The model predictions were compared with the limited available experimental data for which the axial pressure distributions were recorded. Excellent agreement was obtained.

Abstract

On a mis au point un modèle à deux fluides général pour la prédiction de l'écoulement critique (obstrué) d'un écoulement initialement saturé ou sous-refroidi sortant de conduites et de tuyères. Le modèle présente des améliorations dans la formulation de base, dans les relations constitutives et dans la technique de résolution par rapport aux modèles publiés antérieurement. Il comprend six équations de conservation ainsi qu'une septième équation représentant la croissance des bulles dans un écoulement avec bulles et permet le traitement hydrodynamique et thermique loin de l'équilibre. Le modèle considère le développement de trois régimes d'écoulement, à savoir l'écoulement avec bulles, agité et annulaire. Les prédictions du modèle sont comparées aux quelques données expérimentales disponibles pour lesquelles les distributions de pression axiale ont été enregistrées. Les données concordent extrêmement bien.

Ancillary