Etude expérimentale de l'ébullition naturelle confinée (analyse des instabilités et des transferts thermiques)

Abstract

Cette étude à caractère expérimental porte sur les transferts thermiques et les instabilités thermohydrauliques en présence d ébullition naturelle confinée du pentane à saturation entre deux plaques planes verticales parallèles, dont les côtés latéraux sont ouverts ou fermés. L influence de divers paramètres tels que l épaisseur du canal, la hauteur chauffée, le rapport d aspect et les conditions d entrée est étudiée. La structure diphasique des écoulements en présence est analysée à l aide de visualisations par caméra rapide. L évolution spatiotemporelle des vitesses des interfaces liquide/vapeur est déterminée par analyse d images. Les débits de liquide sont comparés aux mesures réalisées par fil chaud. Des régimes d ébullition stationnaires ou pulsés se développent suivant la densité de flux imposée et l épaisseur du canal. Les régimes d ébullition observés séparément dans de nombreuses études expérimentales (régime de bulles isolées, régimes de bulles coalescées et assèchement partiel) se succèdent au sein d un même cycle d instabilités. Les fréquences des cycles dépendent sensiblement de l épaisseur du canal et de la densité de flux imposée. Les cartographies des instabilités, fonctions du flux réduit et du nombre de Bond, dépendent des conditions périphériques. Les temps caractéristiques des cycles instationnaires montrent la prépondérance du temps d expansion du mélange diphasique par rapport au temps d alimentation. Concernant les transferts thermiques, à bas flux, pour des épaisseurs du canal inférieures à la longueur capillaire, le confinement de l écoulement s accompagne d une intensification des échanges thermiques par r apport à l ébullition libre. En régime d ébullition développée, les transferts thermiques sont quasiment homogènes sur la totalité de la surface chauffée. A fort flux, les transferts thermiques se dégradent en raison de l augmentation du taux de vide et de l assèchement partiel ou total de la surface d échange, qui a pour conséquence un fort abaissement de la densité de flux critique.This experimental study concerns heat transfer and unsteady thermo-hydraulic behavior of confined pool boiling for saturated pentane vertical narrow space between two parallel plates. The affects of the gap size, the heated length, the aspect ratio, and the inlet conditions are studied. The two-phase flow structure is analyzed using a high speed video camera. Steady or unsteady boiling flow develops along the cannel depending on the imposed heat flux and the gap size. The cycle frequency depends on the gap size, the heat flux and the in le conditions. The velocity of the liquid/vapor interfaces is determined using image processing. The mass flow rates deduced on this processing are compared to the ones measured by hot wire anemometry. The analysis of the unsteady cycles shows that the du ration of the two-phase flow expansion is higher than the liquid inflow duration. For law heat flux, when the gap size becomes smaller than the capillary length, heat transfer enhancement occurs. For high heat flux, temporary dryout occurs, reduces heat transfer and leads to a decrease of the critical heat flux.VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocSudocFranceF