Etude détaillée du transfert de chaleur lors de l'ébullition sous-saturée en utilisant le modèle mécaniste de Yeoh

2.1.2 Ebullition nucléée sous saturée ou l'ébullition locale :

A une cote donnée de la paroi chauffante (fin de la région simple phase), la température de la paroi devient suffisante pour déclencher la nucléation (Onset of Nucleate Boiling ou ONB). A cette cote débute l'ébullition nucléée sous-saturée associée à un changement de configuration d'écoulement avec l'apparition de l'écoulement à bulles (bulles attachées à la paroi dans un premier temps). La température du liquide à la paroi est alors supérieure de quelques degrés à la température de saturation tandis que la température du liquide au coeur de l'écoulement tend vers la température de saturation.

Selon l'allure de la fraction vide (figure 2.2) ou la fig 2.3, on a :

- la cote Z_n ou Z_nbmarque le début d'ébullition nucléée ;

- la deuxième région (II) se décompose en deux sous régions :

- La région d'ébullition partielle, dite aussi région »fortement sous saturée»

- La région d'ébullition développée (faiblement sous saturée).

2.1.3. Début d'ébullition locale (Onset of Boiling) Zn ou Zonb :

La cote (Z_n) ou Z_onb ( fig : 2.3) marque le passage de la région I (simple phase)

vers la région II (ébullition locale). Cette limite est difficile à déterminer à cause de
l'estimation de la surchauffe du fluide nécessaire à la création de la bulle de vapeur.

Par contre, la limite inferieure de cette temperature necessaire pour l'amorçage de l'ebullition nucleee peut être calculee à l'aide de la correlation de Davis and Anderson (1988, [25]) :

.131 (80" 4)TSAT)^°.15

1(1TSAT)mb (2.9)

IcLhLGPGJ

Et la valeur limite du flux _'PONB (onset of nucleate boiling) necessaire pour amorcer l'ebullition nucleee est donnee par Steiner (1988) [25]:

rcrPGhLO

²⁰"TSATILG

'PONB =

(2.10)

TSAT en K et le rayon critique de la bulle _rcr est egal à 0.3 × 10^-6 m. 2.1.4 Ebullition locale partielle (fortement sous saturée) :

Elle se situe entre la cote _Zn, et ZFDB , region d'ebullition locale partielle, où la

surchauffe de la paroi (T -- TSAT) est suffisante pour l'initiation de petites bulles

attachees à la paroi et qui disparaissent très rapidement en se condensant au centre de

liquide dont la temperature TF(z) est inferieure à celle de la saturation, donc les
bulles n'atteignant pas la region d'ebullition sous refroidie complètement developpee
et elles participent au transfert thermique en cedant la quantite de chaleur procuree
lors de l'evaporation à la paroi au fluide par condensation. La fraction du flux de
chaleur utilisee pour la formation de vapeur est insignifiante et le flux total transfere
dans ce regime est estime par Bowring comme la somme de trois modes de transfert
simultanes qui correspondent à trois mecanismes distincts:

- la chaleur latente des bulles vapeurs produites puis par condensation en fin d'accroissement (Ö_e),

- par convection due à l'agitation du film thermique sous l'action des bulles (Öa),

- par convection dans le liquide où la turbulence simple phase (ÖSPL). Bowring (1977, [1]) :

Ow = (I)_e + (I)_a + (I)SPL (2.10)

D'après Bowring :

'PscB = (I)e + ⁽I⁾a (2.11)

L'équation (2.10) s'écrit :

Ow = ?SPL + ?SCB (2.12)

OA la composante simple phase _(ÖSPL) est donnée par :

ÖSPL=hLO(TSAT^-TL(z)~ (2.13)

Et _(ÖSCB) est le flux de chaleur transféré par nucléation des bulles :

ÖSCB=hscB( TW(z) - TSAT) (2.14)