Predicting the onset of nucleate boiling in wavy free-falling turbulent liquid films
1989; Elsevier BV; Volume: 32; Issue: 2 Linguagem: Inglês
10.1016/0017-9310(89)90183-x
ISSN1879-2189
Autores Tópico(s)Fluid Dynamics and Heat Transfer
ResumoExperiments are performed to develop a fundamental understanding of boiling incipience in wavy free-falling turbulent liquid films. Incipience conditions are measured and correlated for water and a fluorocarbon (FC-72) liquid. Incipience in water films is influenced by turbulent eddies and, to a larger extent, by interfacial waves. A new approach to predicting incipience in water and other non-wetting fluids is presented. This approach utilizes physical parameters of commonly accepted incipience models and provides a means of correcting these models for the effects of turbulent eddies and roll waves. This study also demonstrates some unique incipience characteristics of fluorocarbon films. The weak surface tension forces of FC-72 allow droplets and liquid streams to break off the crests of incoming roll waves prior to, and during nucleate boiling. The low contact angle of FC-72 allows the liquid to penetrate deep inside wall cavities. Thus incipience from these flooded cavities requires much higher wall superheat than predicted from incipience models. Des expériences sont faites pour développer la compréhension de l'ébullition naissante dans des films tombants, liquides, turbulents avec ondulations. Les conditions d'apparition dans des films sont mesurées et mises en formules pour l'eau et le fluorocarbure (FC-72). L'apparition dans des films d'eau est influencée par des tourbillons turbulents et, de façon plus générale, par des vagues en surface. On présente une nouvelle approche pour prédire la naissance dans l'eau et autres fluides non mouillants. Cette approche utilise des paramètres physiques de modèles communément acceptés et elle fournit le moyen de corriger ces modèles pour les effets des tourbillons turbulents et les vagues en rouleau. Cette étude montre aussi quelques caractéristiques uniques d'apparition pour les films de FC-72. Les faibles forces de tension interfaciale du FC-72 conduisent à la rupture de la crête des vagues en rouleau avant et pendant l'ébullition nucléée. Le faible angle de contact de FC-72 conduit à une pénétration profonde dans les cavités de la paroi. La naissance à partir de ces cavités noyées nécessite une surchauffe de paroi plus élevée que ce qui est prédit par les modèles d'apparition. Um ein grundlegendes Verständnis für den Siedebeginn in welligen, frei fallenden turbulenten Flüssigkeitsfilmen zu entwickeln, wurden Versuche durchgeführt. Die Bedingungen beim Siedebeginn wurden für Wasser und einen Fluorkohlenstoff (FC-72) gemessen und korreliert. Der Sie-debeginn wird in Wasserfilmen durch Turbulenzwirbel und stärker noch durch Oberflächenwellen beein-fluβt. Es wird eine neue Möglichkeit aufgezeigt, den Siedebeginn in Wasser und anderen nicht benetzenden Flüssigkeiten zu berechnen. Bei dieser Methode werden physikalische Parameter von allgemein anerkannten Modellen zum Siedebeginn benutzt und mit Korrekturen für den Einfluβ der Turbulenz und der Ober-flächenwellen versehen. Diese Untersuchung zeigt auch einige eigenartige Eigenschaften bezüglich des Siedebeginns in Fluorkohlenstoff-Filmen. Die geringen Oberflächenspannungskräfte von FC-72 erlauben vor und während des Blasensiedens, daβ Tropfen und Flüssigkeitssträhnen den Kamm einer ankommenden Welle aufbrechen. Der kleine Randwinkel von FC-72 gestattet der Flüssigkeit, weit in die Vertiefungen der Heizfläche vorzudringen. Aus diesem Grund sind bei derart gefluteten Vertiefungen beim Siedebeginn weitaus gröβere Übertemperaturen erforderlich als die mit Modellen berechneten. ПpoBeдeHo экcпepимeHTaльHoe иccлeдoBaHиe для BыяcHeHия пpoцecca зapoждeHия кипeHия B BoлHooбpaзHыч cBoбoдHo cTeкaющич TypбyлeHTHыч плeHкaч жидкocTи. BыпoлHeHы измepeHия и coпocTaBлeHы ycлoBия Haчaлa кипeHия B Boдe и жидкoм фTopyглepoдe (Фy-72). Ha кипeHиe BoдяHoй плeHки BлияHиe oкaзыBaюT TypбyлeHTHыe Bичpи и, eщe B бoльшeй cTeпeHи, BoлHы Ha мeжфaзHoй гpaHицe. ПpeдлoжeH HoBы й пoдчoд к pacчeTy зapoждeHия кипeHия B Boдe и дpyгич HecмaчиBaющич cTeHкy жидкocTяч, ocHoBaHHый Ha физичecкич пapaмeTpaч изBecTHыч мoдeлeй зapoждeHия кHпeHия и пoзBoлиBший BHecTи B Hич пoпpaBкy Ha эффeкTы TypбyлeHTHыч Bичpeй и BaлoB. Taкжe oTмeчeHы HeкoTopыe cпeцифичecкиe чapaкTepиcTики иccлeдyeмoгo пpoцecca B плeHкaч фTopyглepoдa. Taк кaк cилы пoBepчHocTHoгo HaTяжeHия Фy-72 мaлы, кaпли и жидкиe cTpyйки cpыBaюTcя c гpeбHeй Haбeгaющич BaлoB дo и B пpoцecce пyзыpьoBoгo кипeHия. Из-зa Heбoльшoгo yглa cмaчиBaHия Фy-72 жидкocTь глyбoкo пpoHикaeT B микpoпopы cTeHки. Taким oбpaзoм, для oбpaзoBaHия пyзыpькoB B зTич микpoпopaч TpeбyeTcя пepeгpeB cTeHoк, зHaчиTeльHo пpeBышaющий paccчиTыBaeмый пo oбщeпpиHяTым мoдeлям.
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