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A fundamental investigation of the phenomena that characterize liquid-film cooling

1970; Elsevier BV; Volume: 13; Issue: 12 Linguagem: Francês

10.1016/0017-9310(70)90093-1

1879-2189

R.A. Gater, M. R. Lecuyer,

Heat Transfer Mechanisms

An experimental investigation was conducted to measure the net rate of mass transfer (evaporation plus entrainment) from a thin liquid film to a proximate gas stream. Also determined experimentally was the maximum film temperature and the gross characteristics of the film surface structure. Gas stream temperatures of 40°F, 400°F and 600°F, pressures of 75 psia and 150 psia, gas velocities of 40–400 fps, a film cooled length of 10 in, and film coolants of methanol, water, butanol and RP-1 were studied. The data for mass transfer shows that the entrainment mass transfer was typically several times more important that that due to evaporation. In those cases where the evaporative mass transfer was relatively important, it is observed that the "effective" roughness of the film surface increased the evaporation by as much as 80 per cent over that predicted by the simple (or ideal) theory for mass transfer. The mass-transfer data is systematically correlated in terms of two relatively simple dimensional parameters, with one characterizing the phenomenon of entrainment and the other the phenomenon of film surface roughness. Une étude expérimentale a été effectuée pour mesurer le flux de transfert de masse (évaporation plus entrainement) d'un mince film liquide à un courant de gaz contigu. Sont aussi déterminées la température maximale du film et les caractéristiques globales de la structure superficielle du film. On a considéré des températures de courant gazeux de 40, 400 et 600°F, des pressions de 75 psia et 150 psia, des vitesses du gaz de 40–400 fps, une longueur de film refroidi de 10 pouces et comme réfrigérants du film : méthanol, eau, butanol et RP-1. Les résultats concernant le transfert de masse montrent que le transfert de masse par entraînement est souvent plus important que celui dû à l'évaporation. Des les cas où le transfert de masse par evaporation est relativement important on observe que la rugosité effective de la surface du film augmente l'évaporation de l'ordre de 80 pour cent au-dessus de ce qui avait été prédit par la théorie simple (ou idéale) du transfert de masse. Les résultats sont systématiquement unifiés en fonction de deux paramètres dimensionnels relativement simples, avec l'un caractérisant le phénomène d'entrainement et l'autre le phénomène de rugosité superficielle du film. Es wurden Versuche durchgeführt, um den gesamten Stofftransport (Verdampfung und mitgerissene Tröpfchen) von einem dünnen Flüssigkeitsfilm an einen Gasstrom zu messen. Ausserdem wurden die maximalen Filmtemperaturen und die Charakteristika der Oberflächenstruktur des Filmes experimentell bestimmt. Die Versuche wurden bei Gastemperaturen von 4°C, 204°C und 315°C, Drücken von 5,18 bar und 10,36 bar, Gasgeschwindigkeiten von 12,2 bis 122 m/s durchgeführt. Die dem Gasstrom ausgesetzte Länge betrug 25,4 cm; als Flüssigkeiten dienten Methanol, Wasser, Butanol und RP-1. Die Ergebnisse zeigen, dass der Stofftransport durch mitgerissene Tropfen eine mehrfach grössere Bedeutung hatte als der durch Verdampfung. In Fällen, in denen der Stofftransport durch Verdampfung einen relativ grossen Anteil hatte, wurde beobachtet, dass die "effektive Rauhigkeit" der Filmoberfläche die Verdampfung bis zu 80 Prozent über den Wert nach der einfachen (oder idealen) Theorie erhöhte. Die Versuchsergebnisse sind mit Hilfe zweier relativ einfacher Parameter systematisch zusammengefasst. Von den Parametern charakterisiert der eine das Mitreissen und der andere die "Oberflächenrauhigkeit" des Films.