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Zweiphasenströmung

Die Zweiphasenströmung ist eine Strömung, in der zwei verschiedene Aggregatzustände eines Stoffes oder zweier verschiedener Stoffe nebeneinander vorhanden sind. Die möglichen Kombinationen sind gasförmig/flüssig (siehe Gasgehalt im Fördermedium), gasförmig/fest und flüssig/fest (siehe Feststofftransport). 

Beispiele für die Zweiphasenströmung sind Transportprozesse eines Mediums in einem anderen (z. B. hydraulische oder pneumatische Förderung) oder die oft unerwünschte Mitführung ausgeschiedener Gas- oder Dampfblasen (siehe Kavitation) in Flüssigkeitsströmungen. 

Bei der Zweiphasenströmung treten zu den Strömungsparametern wie REYNOLDS-Zahl weitere Einflussgrößen hinzu. Eine wesentliche Einflussgröße ist dabei die Konzentration, die als Volumen- oder Massenverhältnis der Phasen angegeben werden kann. 

Bei der Zweiphasenströmung sind verschiedene Strömungs- oder Phasenverteilungsformen möglich. Diese werden von der Konzentration der Phasen, dem Phasenschlupf (Differenz der Strömungsgeschwindigkeiten beider Anteile) sowie der Einbaulage einer Rohrleitung (horizontal, vertikal) beeinflusst. Mögliche Strömungsformen einer gasförmig/flüssigen Zweiphasenströmung sind z. B. die Blasen-, Pfropfen- und Filmströmung. 

Zur Ermittlung des Druckhöhenverlustes einer Zweiphasenströmung in geraden Rohrleitungen sind verschiedene, überwiegend empirische Berechnungsformeln in Gebrauch. Sie berücksichtigen z. T. auch den Einfluss der Strömungsform und der Einbaulage (horizontal, vertikal). 

Bei einer gasförmig/flüssigen Zweiphasenströmung ist zu unterscheiden, ob die gasförmige Phase aus dem dampfförmigen Aggregatzustand der gleichfalls vorhandenen Flüssigkeit (z. B. Wasser/Wasserdampf) oder aus einem anderen Stoff (z. B. Wasser/Luft) besteht. Im ersten Falle können Phasenumwandlungsvorgänge wie Verdampfung und Kondensation eine Rolle spielen. 

Aufgrund unterschiedlicher Dichte beider Phasen kann in einer Zweiphasenströmung bei kleiner Strömungsgeschwindigkeit unter dem Einfluss der Schwerkraft eine Phasenseparation in Form von Absetzen von Feststoffen oder Aufsteigen von Blasen erfolgen. Diese Separation tritt in verstärktem Maße unter der Wirkung von Fliehkräften (z. B. in Krümmern, Laufrädern) und auch bei größeren Strömungsgeschwindigkeiten auf, wobei die Bestandteile mit der kleineren Dichte jeweils zum Mittelpunkt der Krümmung oder Drehung gerichtete Kraftwirkungen erfahren. 

Dieser Effekt kann zum Abreißen der Förderung (siehe Betriebsverhalten) einer Kreiselpumpe bei gasförmig/flüssiger Zweiphasenströmung führen. Bei der flüssig/festen Zweiphasenströmung, die abrasive Feststoffpartikel (Abrasion) enthält, ist der mögliche Verschleiß an strömungsführenden Teilen zu beachten. Dieser tritt verstärkt im Bereich gekrümmter Stromlinien auf (Feststofftransport, Stoffförderung). 

Die auf dem Auftrieb beruhende Förderwirkung der Zweiphasenströmung eines Wasser-Luft-Gemisches wird in vertikalen Unterwasserrohrleitungen beim Gasmischheber (z. B. Mammutpumpe) oder als Dreiphasenströmung beim hydraulischen Feststofftransport wie bei dem Lufthebeverfahren (z. B. Airlift) genutzt (Pumpenbauart).

Zweiphasenströmung