Simulação computacional do escoamento bifásico com formação de espuma da mistura óleo-refrigerante R134a ao longo de um tubo reto de seção circular constante

Abstract

Este trabalho apresenta um estudo numérico do escoamento bifásico com formação de espuma de uma mistura composta por óleo lubrificante sintético Freol a10 com pequenas quantidades de refrigerante R134a, usualmente encontrada em compressores de sistemas de refrigeração e ar condicionado. A geometria considerada é um tubo longo horizontal de seção circular constante. Em razão da queda de pressão inicialmente causada pelas forças de atrito viscoso, a solubilidade do refrigerante no óleo diminui e o refrigerante evapora da mistura líquida formando bolhas de gás que escoam com a fase líquida. A formação de bolhas de refrigerante pode ser tão intensa a ponto de o escoamento assumir a forma de espuma quando a fração de vazio atinge valores superiores à aproximadamente 70%. Um ponto importante com relação ao escoamento de espuma é que o seu comportamento é muito diferente dos escoamentos bifásicos convencionais, apresentando quedas de pressão bem superiores. Os resultados gerados para as distribuições de pressão e temperatura ao longo do escoamento são confrontados com dados experimentais para a validação do modelo numérico. Será verificado que o modelo representa satisfatoriamente os resultados experimentais para várias condições do escoamento.

This work presents a numerical study of the two-phase flow with foam formation of a mixture composed by synthetic lubricant oil Freol a10 with small amounts of refrigerant R134a, usually encountered in compressors of refrigeration and air conditioning systems. A straight horizontal tube with circular cross section was chosen to accomplish the simulation. Due to the pressure drop initially caused by the viscous friction forces, the refrigerant solubility in the oil reduces and the refrigerant evaporates from the liquid mixture (outgassing) forming gas bubbles that flow with the liquid phase. In this type of flow, the bubble formation can be so large that foam is formed as the void fraction reaches values above 70%. An important point with reference to foam is that the foam flow behavior is much different from the conventional two-phase flows, presenting larger pressure drops. Results for pressure and temperature distributions along the flow are compared with experimental data in order to validate the numerical model. It will be seen that the model represents satisfactorily the experimental results for many flow conditions.