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Burnout and nucleation in climbing film flow

1965; Elsevier BV; Volume: 8; Issue: 5 Linguagem: Inglês

10.1016/0017-9310(65)90025-6

1879-2189

Geoffrey F. Hewitt, H.A. Kearsey, Peter Lacey, D.J. Pulling,

Fluid Dynamics and Turbulent Flows

Studies have been made of the behaviour of a water film on the heated central rod of an annular test section carrying flowing steam at atmospheric pressure, the water having been introduced through a porous wall. The outer glass wall of the annulus was heated to prevent condensation and droplet deposition, and hence the inner rod surface was rendered clearly visible. The onset of nucleation within the film was demonstrated and the conditions for its initiation were determined and compared with theoretical predictions; in other experiments "burnout", or "dry-out", heat flux measurements were made and related to the measured residual film flow on the heated rod. Visual and photographic studies revealed a relatively stable condition of break-up of the climbing film, with rivulets around dried-out patches, before the burnout trip operated. The residual film flow rate at which dry patches appeared was very small indeed and the "burnout" phenomenon was clearly the result simply of total loss of water from the film by evaporation and entrainment; the local value of the heat flux at the site of the burnout was evidently of only secondary relevance. There was evidence that bubble nucleation in the film could contribute appreciably to the loss by entrainment at high heat fluxes. On a étudié le comportement d'un film d'eau sur la partie centrale chauffée d'une portion de tube annulaire dans laquelle s'écoule de la vapeur d'eau à pression atmosphérique, l'eau ayant été introduite à travers une paroi poreuse. La paroi extérieure en verre du tube annulaire était chauffée pour éviter la condensation et le dépôt de gouttelettes et ainsi la surface de la partie centrale était rendue visible clairement. Le début de la nucléation dans le film a été mis en évidence et les conditions pour son déclenchement ont été déterminées et comparées avec les prévisions théoriques; dans d'autres expériences de caléfaction, on a fait des mesures de flux de chaleur et on les a reliées à l'écoulement du film résiduel mesuré sur la partie centrale chauffée. Des études visuelles et photographiques ont révélé une condition relativement stable de la rupture du film ascendant, avec des ruissellments autour des endroits secs, avant que la caléfaction totale se produise. La vitesse d'écoulement du film résiduel à laquelle des taches sèches apparaissaient était en effet très faible et le phénomène de caléfaction était clairement le simple résultat de la perte totale d'eau du film par evaporation et entraînement; la valeur locale du flux de chaleur à l'endroit de la caléfaction était évidemment seulement d'importance secondaire. Il était évident que la germination de bulles dans le film pourrait contribuer d'une façon appréciable à la perte par entraînement à des flux de chaleur élevés. Über das Verhalten eines Wasserfilms an dem beheizten zentralen Stab einer Messstrecke ringförmigen Querschnitts, in der Dampf bei Atmosphärendruck strömt und das Wasser durch eine poröse Wand zugeführt wird, wurden Untersuchungen angestellt. Die äussere Glaswand des Ringrohres wurde beheizt, um Kondensation und Tropfenbildung zu verhindern. So blieb die innere Staboberfläche deutlich sichtbar. Der Beginn der Keimbildung innerhalb des Films wurde gezeigt und die Bedingungen für ihr Entstehen festgelegt und mit theoretischen Vorhersagen verglichen. In anderen Versuchen wurden "burnout" oder "dry-out" Wärmestromdichten gemessen und mit der gemessenen restlichen Filmströmung an dem beheizten Stab in Beziehung gesetzt. Visuelle und photographische Studien ergaben eine relativ stabile Bedingung für das Auflösen des hochsteigenden Filmes und zeigten kleine Ströme um die ausgetrockneten Stellen ehe der Burnoutdetektor ansprach. Die Geschwindigkeit der restlichen Filmströmung, bei der trockene Stellen auftraten, war tatsächlich sehr gering und das "burnout" Phänomen war klar ersichtlich ganz einfach das Ergebnis eines totalen Wassermangels am Film durch Verdampfung und Abführung; die lokalen Werte der Wärmestromdichte an der Burnoutstelle hatten eindeutig zweitrangige Bedeutung. Es ergab sich klar, dass die Blasenbildung im Film merkbar zu diesem Mangel durch Abführen von Dampf bei hohen Wärmestromdichten beitrug.