Thermodynamique de l'écoulement diphasique compressible à deux constituants de Fanno Thermodynamic of Two-Phase Two Component Compressible Fanno Type Flow

• Main Author: Attou A.
• Format: Article
• Language: English
• Published: EDP Sciences 2006-12-01
• Series: Oil & Gas Science and Technology
• Online Access: http://dx.doi.org/10.2516/ogst:1998071

Le comportement d'un fluide diphasique gaz-liquide lors d'un écoulement adiabatique à travers une conduite de section constante est étudié, dans cet article, du point de vue thermodynamique. En admettant le mélange diphasique homogène, le traitement des lois physiques de conservation permet de déduire analytiquement l'équation d'évolution du fluide et la manière dont celle-ci s'écarte de l'évolution isotherme. Sur les bases de la forme différentielle de cette équation et du second principe de la thermodynamique, les propriétés de cet écoulement sont discutées. La détermination de la limite de Fanno a permis de mettre en évidence l'existence d'une longueur maximale de conduite au-delà de laquelle l'écoulement considéré n'est plus possible. Cette longueur maximale est fonction du titre massique et des conditions initiales, c'est-à-dire les variables d'état et la vitesse à l'entrée. La cohérence des résultats est vérifiée en appliquant systématiquement ceux-ci à l'écoulement d'un gaz parfait. Cette théorie permet de comprendre et de justifier l'existence d'états d'écoulement dits multicritiques pour lesquels un formalisme physique est proposé. Elle est appliquée à des écoulements diphasiques à travers les circuits de décharge comportant des singularités géométriques telles que des élargissements brusques. Le présent modèle, basé sur le formalisme proposé pour la multicriticité, est validé au moyen de données expérimentales obtenues pour des relâchements quasi stationnaires d'azote pur et de mélange eau-azote à travers une ligne de décharge complexe comportant plusieurs élargissements brusques en cascade. Prédites par le modèle, la configuration critique et les valeurs du débit maximum et des variables de l'écoulement (pression et température) à travers la ligne de décharge s'accordent avec succès avec les résultats expérimentaux. <br> The behaviour of an adiabatic two-phase gas-liquid flow through a duct with a constant cross-sectional area is studied from a thermodynamics point of view. By assuming the two-phase mixture as homogeneous, the treatment of the physical conservation laws makes it possible to obtain an analytical equation of the fluid evolution which expresses the difference between the Fanno and the isothermal evolutions. On the basis of its differential form and the second principle of thermodynamic, the properties of this flow are discussed. The determination of the Fanno limit shows the existence of a maximum length of the duct. For a length greater than this maximum one, the flow is no more possible. One shows that this maximum length is a function of the mass quality as well as the initial conditions, i. e. the inlet state variables and the inlet velocity. The results are systematically verified by considering the limit of a single phase ideal gas flow. The theory allows to understand and to justify the existence of the so-called multichoked flow. It is applied to the two-phase flow through discharge lines involving geometrical singularities (sudden enlargement for example). The proposed model is validated on the basis of experimental data obtained for quasi steady-state discharges of pure nitrogen and water-nitrogen mixture through a complex pressure relief line involving several abrupt enlargements. The critical configuration and the maximum mass flowrate as well as the variables of the flow (pressure and temperature) predicted from the model are in good agreement with the experimental results.