تاثیر انواع سطوح بر دینامیک تشکیل حباب در جوشش هسته‌ای توسط مدل‌های تغییر فاز لی و تاناساوا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گیلان*مهندسی مکانیک

2 دانشگاه گیلان

چکیده

شبیه‌سازی عددی پدیده جوشش از لحاظ تنوع مدل‌ های دو فازی و کارآمدی هر یک همواره جز مسائل چالش بر انگیز است. جوشش یکی از روش‌های کارآمد انتقال حرارت با نرخ های زیاد می باشد. در شبیه‌سازی این پدیده انتخاب مدل مناسب برای تغییر فاز و همچنین بررسی سطوحی که بر روی آن جوشش اتفاق می افتد حائز اهمیت است. در این تحقیق مسئله جوشش هسته‌ ای توسط روش دو فازی حجم سیال بصورت عددی شبیه سازی شده است. از روش بازسازی هندسی مرز مشترک برای بهبود کیفیت مرز مشترک بهره گرفته شده است. جهت صحت سنجی حلگر عددی از مسئله یک بعدی مرز مکشی استفان استفاده شده است. از دو مدل تغییر فاز لی و تاناساوا برای محاسبه نرخ تغییر فاز و محاسبه ترم‌ های چشمه استفاده شده است. نتایج جوشش هسته ای بر روی سه سطح آب دوست، آب گریز و با زاویه تماس ۹۰ درجه مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که جوشش بر روی سطوح آبگریز سبب جدایی حباب های با شعاع بزرگتر و انتقال حرارت بیشتر شده و در هم آمیختگی حباب ها در هسته های جوانه زایی متفاوت، جوشش بر روی سطوح آب گریز را به سمت جوشش فیلمی سوق می‌ دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The effect of surface types on bubble dynamic formation during nucleate pool boiling by use of Lee and Tanasawa phase change models

نویسندگان [English]

  • Ramin Kouhi Kamali 1
  • Seyed Amirreza Hosseini 2
2 University of Guilan
چکیده [English]

Numerical simulation of boiling has always been a challenging problem in terms of the variety and effectiveness of two-phase models. Boiling is one of the efficient methods in high heat transfer. In boiling simulation, in addition to choosing an appropriate heat and mass transfer model, it will be important to evaluate the surfaces which boiling occurs on it. A problem of nucleate boiling of saturated liquid is numerically simulated in this investigation by use of VOF (volume of fluid) model together with the geo-reconstruction of the interface. One-dimensional Stephan problem as sucking interface problem is solved for verification the numerical solver. Two-phase change models of the Lee model and the Tanasawa model are used in order to calculate the rate of phase change and source terms. The results of nuclear boiling are investigated on the hydrophilic surface, hydrophobic surface, and the surface with contact angle 90 degrees. The results show that boiling on hydrophobic surfaces causes the detachment of larger bubbles with a larger heat transfer rate. Besides, bubble merging depending on the density of nucleation sites leads the nuclear boiling on hydrophobic surface to film boiling.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nuclear boiling
  • numerical simulation
  • Surface contact angle
  • Phase change models
  • Heat and Mass Transfer