Termoidraulica dei flussi bifase

I sistemi multifase sono presenti in molti fenomeni naturali e in numerosi aspetti della nostra vita quotidiana. La loro presenza si manifesta su scale spaziali molto diverse... I flussi multifase si incontrano anche in vari campi dell’ingegneria come nelle applicazioni industriali legate alla trasformazione di energia termica in cinetica, ad esempio nei motori a combustione interna e a reazione, o in elettrica, come nelle centrali termoelettriche, elettronucleari e anche geotermiche... Il presente volume raccoglie il materiale didattico che è stato scritto nel corso di vari anni per un insegnamento di 6 crediti sulla termoidraulica dei flussi bifase ... Nel primo capitolo sono discusse alcune proprietà termodinamiche dei sistemi monofase e in particolare i limiti della loro stabilità intrinseca, considerando anche l’equazione di stato dei gas ideali e quella di van der Waals. Nel secondo capitolo sono presentate le equazioni di conservazione della massa, quantità di moto ed energia di un sistema a più componenti o fasi e le approssimazioni necessarie per la derivazione del sistema di Navier-Stokes. Nel terzo e quarto capitolo vengono discusse le condizioni per l’equilibrio di una interfaccia di separazione fra fluidi immiscibili in condizioni sia statiche che dinamiche. In particolare sono analizzate la forma che assume l’interfaccia all’equilibrio in presenza della forza di gravità e la sua evoluzione in presenza di instabilità superficiali. Nel quinto capitolo vengono derivate le equazioni del modello a due fluidi e la loro approssimazione al caso monodimensionale. Nel sesto capitolo si presenta la classificazione dei flussi bifase e si studia il loro comportamento nei condotti, richiamando anche i risultati della stessa analisi relativa ai sistemi monofase. Dal settimo capitolo si esaminano sistemi fluidi che sono soggetti a flussi termici che determinano il cambiamento di fase. In particolare si analizza la nucleazione omogenea in liquidi surriscaldati e vapori sottoraffreddati e l’equilibrio e la stabilità dei nuclei embrionali di vapore o liquido. Nell’ottavo capitolo si esamina la nucleazione eterogenea in presenza di superfici solide scaldate e si presenta in modo descrittivo il ciclo dell’ebollizione nucleata, dalla formazione al rilascio di una singola bolla di vapore. Il nono capitolo analizza i vari regimi che caratterizzano il cambiamento di fase in una piscina di liquido che è soggetta ad un flusso termico o ad un surriscaldamento della parete costanti. Vengono anche presentate alcune correlazioni che sono state proposte per la caratterizzazione dello scambio termico nei diversi regimi. Nel decimo capitolo si considera l’evoluzione dei regimi di flusso e di scambio termico per un fluido in ebollizione convettiva che entra in un condotto come liquido sottoraffreddato ed esce come vapore surriscaldato. Vengono anche analizzate le condizioni di flusso di calore critico che possono portare al collasso del sistema dal punto di vista termomeccanico. Nell’undicesimo capitolo vengono discussi i vari regimi della condensazione esterna e quelli della condensazione convettiva all’interno di condotti. Nel dodicesimo capitolo si illustra il legame tra i vari modelli fisico- matematici presentati nei capitoli precedenti e la loro implementazione nei codici di calcolo per i flussi bifase. ...