REVUE INTERNATIONALE D'HELIOTECHNIQUE ENERGIE - ENVIRONNEMENT - N° 34 (2006) p.4-5

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ÉBULLITION SUR SITE ISOLE : ETUDE EXPERIMENTALE DE LA DYNAMIQUE DE CROISSANCE D’UNE BULLE ET DES TRANSFERTS ASSOCIES - BOILING ON A SINGLE NUCLEATION SITE : EXPERIMENTAL STUDY OF THE BUBBLE GROWTH DYNAMICS AND OF THE ASSOCIATED HEAT TRANSFERS.

MAGALI BARTHES, CHRISTELLE REYNARD, ROBERT SANTINI, LOUNES TADRIST

Laboratoire IUSTI CNRS UMR 6595, 5 rue Enrico Fermi, 13453 Marseille Cedex 13

magali.barthes@polytech.univ-mrs.fr

Résumé

Les transferts de chaleur lors d’un changement de phase liquide-vapeur sont extrêmement importants et la compréhension de ce phénomène représente un réel enjeu industriel (refroidissement). Ce poster présente des résultats expérimentaux obtenus dans le cas de l’ébullition nucléée. Le montage expérimental développé consiste en la création d’une bulle de vapeur unique sous une surface chauffée à flux pariétal imposé dans un liquide (Fluorinert FC-72) dont la température est maintenue constante (sous refroidie ou à la saturation). La surface de nucléation est constituée par un fluxmètre thermique. Nous nous intéressons à l’aspect énergétique et thermodynamique du changement de phase liquide vapeur par des techniques de mesures optiques couplées à des mesures thermiques. Le traitement d’image est réalisé à l’aide d’un logiciel que nous avons développé en Ni-IMAQTM couplé à LabVIEWTM, les caractéristiques géométriques de la bulle étant obtenues par comptabilisation des pixels à l’intérieur du contour de la bulle et en supposant cette dernière axisymétrique (évaluation du volume). Les approches thermiques (fluxmètre) et optiques (traitement d’image) permettent de comparer les quantités de chaleur fournies à la paroi et les quantités de vapeur produites afin de déterminer les parts d’énergie transférées sous forme de chaleur sensible (liquide) et d’enthalpie de changement d’état (vapeur). L’influence de différents paramètres significatifs (puissance de chauffe, niveau de sous refroidissement, inclinaison) sur le phénomène d’ébullition est étudiée grâce à une expérimentation systématique. Le flux lié au changement de phase est quantifié et ne contribue que faiblement à l’amélioration des échanges de chaleur en ébullition. Il existe une corrélation évidente entre les transferts de chaleur et la fréquence d’émission des bulles de vapeur. L’augmentation de cette dernière améliore les transferts. Nous étudions par ailleurs la dynamique de la bulle de vapeur lors de sa croissance. Cette dernière, dans la configuration retenue, est analysée et conduit à une loi de croissance en tn, où l’exposant « n » est uniquement fonction des paramètres thermiques. Enfin, les écoulements liquides d’origine thermocapillaire (convection Marangoni) sont étudiés et n’apparaissent que dans le cas d’un fluide non dégazé : ils résultent de la présence de gaz incondensables dissous dans le FC-72.

Abstract

Boiling phenomenon, from an energetic point of view, presents a real stake in many fields. This poster presents an experimental study of a single vapour bubble created under a downward facing heating element. Two techniques, an optical (image processing) and a thermal (heat fluxmeter), are used simultaneously. The poster deals with heat and mass transfers in a degassed liquid (FC-72). The influence of several significant parameters (heating power, liquid subcooling and inclination) on the boiling phenomenon is studied by systematic experimentation. The evaporative heat flux is quantized and contributes only slightly to the improvement of the heat transfers in ebullition. There is an obvious correlation between the heat transfers and the frequency of emission of the vapour bubbles. The bubble growth in our experimental configuration is analyzed and leads to a growth law in tn, where the exponent “n” is only function of the thermal parameters. The increase in the latter improves the transfers. Thermocapillary convection (Marangoni) takes place around the bubble with a non-degassed liquid, and is a result of the presence of non-condensable gas dissolved in the FC-72.