Eine Zweiphasenströmung ist ein Prozess, bei dem ein Fluid von einer Phase in eine andere übergeht, normalerweise von Gas in Flüssigkeit oder von Flüssigkeit in Gas. Dieses Verfahren wird üblicherweise als Wärmeübertragungsmechanismus verwendet. Es findet sich häufig in Kühlaggregaten, Klimaanlagen, Wärmepumpen oder anderen Klimatisierungssystemen.
Eine Phase ist eine Änderung des physikalischen Zustands eines Materials. Wasser hat beispielsweise drei physikalische Zustände: fest, flüssig und gasförmig. Zur Veranschaulichung: Wenn sich ein Material von einem Festkörper in eine Flüssigkeit oder von einem Gas in eine Flüssigkeit umwandelt, wird diese Änderung als Phase bezeichnet. Bei einem Phasenwechsel wird Energie übertragen. Diese Energie hilft entweder den Phasenwechsel einzuleiten oder wird während der Wechselphase freigesetzt.
Bei einer Zweiphasenströmung werden nur zwei dieser Phasen betrachtet, normalerweise eine Flüssigkeit und ein Gas. Zum Beispiel wird sich eine typische Kältemittelflüssigkeit beim Komprimieren normalerweise von einer Flüssigkeit in ein Gas und bei einer Expansion von einer Flüssigkeit wieder in ein Gas verwandeln. Die primäre Methode der Energieübertragung während dieser Zweiphasenströmung ist normalerweise mit Wärmeenergie.
Dieses Zwei-Phasen-Strömungsfluid oder Kältemittel wird spezifisch in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen eines gegebenen Systems ausgewählt. Der Schlüssel zur Auswahl eines zweiphasigen Fluids liegt in der Berücksichtigung der Kompressibilität des Fluids als Gas und der Wärmeabsorptionsfähigkeit als Fluid. Außerdem sollte dieses Fluid die Fähigkeit haben, bei bestimmten Betriebsdrücken innerhalb eines geschlossenen Systems Phasen zu ändern.
Eine typische Klimaanlage enthält beispielsweise eine Kompressorpumpe, ein Expansionsventil und zwei Sätze von Wärmeübertragungsschlangen. Alle diese Komponenten arbeiten zusammen und bewegen eine phasenändernde Flüssigkeit durch das System. Die typische Zweiphasenströmung für ein Flüssig/Gas-System besteht aus einem vierstufigen Prozess.
Ein gasförmiges Kältemittel wird zunächst von einer Pumpe komprimiert, wobei die Phase des Gases in eine Flüssigkeit umgewandelt wird. Die Flüssigkeit strömt dann in die erste Wärmeübertragungsschlange und gibt ihre Wärmeenergie ab. Das unter Druck stehende Fluid wird dann durch das Expansionsventil und in die Niederdruckkühlschlangen ausgestoßen. Wenn das Fluid das Ventil verlässt, ändert es durch die Aufnahme von Wärmeenergie erneut seine Phase von einer Flüssigkeit in ein Gas.
Einige Zweiphasensysteme können, wenn sie mit speziellen Ventilen und Schaltern ausgestattet sind, umgekehrt betrieben werden. Ein bekanntes reversibles System ist eine Wärmepumpe. In den wärmeren Monaten kühlt das System das Innere einer Wohnung, und in den kühleren Monaten wird das System umgekehrt und liefert Wärme.