Experimental analysis of air water two phase flow in vertical large pipes and development of drift flux models

In this thesis is provided a revision of the mechanisms governing the two-phase flow, particularly in large diameter vertical pipes. Is reported the equations that govern the physics and the measurement methods used in order to better understand the problem of coexistence of two phases of different nature. We are focused on the drift-flux model as a simple, compact solution for the calculation of the void fraction. Two different models are developed: one, a comprehensive drift-flux model, applicable to a variety of facility configurations and operating conditions; the other specifically developed for the facility in the laboratory of the Politecnico di Milano. This laboratory is also used to collect data and test the optical probes.

In questa tesi è riportata una revisione dei meccanismi che regolano il flusso bifase, in particolare in condotte di grosso diametro. Sono riportate le equazioni fenomeno- logiche che governano la fisica e i metodi di misurazione utilizzati al fine di comprendere meglio il problema della coesistenza di due fasi di diversa natura. Si pone attenzione sulla modellistica drift-flux come una soluzione semplice e compatta per il calcolo della frazione di vuoto. Due modelli differenti sono stati sviluppati e riportati: il primo riguarda un modello generalizzato per condotte verticali (estendibile in parte a con- dotte con differente inclinazione) di tipo drift-flux applicabile a una varietà di con- figurazioni impiantistiche e condizioni operative; il secondo, specificamente sviluppato per l’impianto presente nel laboratorio del Politecnico di Milano al fine di predire la frazione di vuoto nell’impianto. Il laboratorio è stato progettato e realizzato per rac- cogliere dati, necessari allo sviluppo del modello, tramite parametri globali e sonde ottiche.