مشاهده ديناميك حباب طي جريان جوشش تحت اشباع تحت شرايط مختلف تر شوندگي سطح در فشار اتمسفر

Observation of Bubble Dynamics during Subcooled Flow Boiling on Different Surface Wettability in Atmospheric Pressure

در اين مطالعه، ديناميك حباب و مكانيزم توليد بخار خالص به صورت تجربي- مشاهده‌اي در يك كانال مستطيلي عمودي، طي جريان جوشش تحت اشباع در فشار اتمسفر بررسي شد و نتايج قابل توجهي در شرايط مختلف تر شوندگي سطح بدست آمد. طي مشاهدات، دو نوع رفتار كاملا متفاوت در شروع جوشش هسته‌اي براي حباب بخار مشاهده گرديد و همچنين در ناحيه‌اي كه كسر حجمي بخار كم است مكانيزم جديدي براي شروع توليد بخار خالص ارايه شد. هنگام شروع جوشش هسته‌اي بر روي يك سطح آبدوست، مشاهده شد كه همه حباب‌هاي تشكيل شده در هسته‌هاي فعال، بلافاصله پس از رشد يافتن از سطح بلند شده و از آن فاصله مي‌گيرند و به‌سرعت در آب مادون اشباع در اثر چگالش ناپديد مي‌شوند. در مقابل، زماني كه سطح آبگريز بود، در شرايط شروع جوشش هسته‌اي حباب‌هاي شكل گرفته در محل تشكيل خود گير افتاده‌اند. در ادامه، مكانيزم‌ شروع توليد بخار خالص در سطوح آبدوست و آبگريز پيشنهاد شد. نتيجه مهم حاصل از مشاهدات اين پژوهش اين است كه بر روي يك سطح آبگريز با زاويه تماس بالا (حدود °90)، جدايش حباب از هسته‌هاي فعال روي سطح، در نزديكي نقطه آغاز كسر قابل توجه بخار كه شرط لازم براي شروع توليد بخار خالص است، رخ مي‌دهد. مكانيزم اصلي حاكم بر توليد بخار خالص براي سطوح آبدوست و آبگريز، بازگشت مجدد حباب بلند شده از سطح، به سطح داغ مشاهده گرديد، اما جدايش حباب از هسته‌هاي فعال شاخص خوبي براي تعيين شروع توليد بخار خالص براي سطوح آبگريز است.

In this study, bubble dynamic and the mechanisms to cause net vapor generation (NVG) were explored experimentally in a rectangular vertical upward subcooled flow boiling under atmospheric pressure, and new results were found on various conditions of surface wettability. In the course of observation, two different vapor bubble behaviors were observed and in low void fraction region new mechanism for incipience of net vapor generation was proposed. On a hydrophilic heated surface, at boiling incipience all the bubbles were lifted off the heated surface at atmospheric pressure and immediately collapsed in the subcooled liquid. In contrast, when the surface was hydrophobic, bubbles mostly stuck on the nucleation sites at ONB condition. Furthermore, in this study, experiments were performed using rather hydrophilic and hydrophobic heated surface to propose the new mechanisms of NVG. An important result revealed in this work was that on a hydrophobic heated surface with high contact angle around 90°, bubble departure from all the nucleation sites which is a necessary condition to cause NVG, occurs in proximity to onset of significant void (OSV). The direct cause of OSV for the hydrophilic and hydrophobic surfaces was reattachment of lift-off bubble to heated surface, but bubble departure from nucleation sites was a good indication of OSV at hydrophobic surface.