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

شبیه‌سازی عددی پدیده جوشش از لحاظ تنوع مدل‌های دوفازی و کارآمدی هر یک همواره جز مسائل چالش برانگیز است. جوشش یکی از روش‌های کارآمد انتقال حرارت با نرخ‌های زیاد می‌باشد. در شبیه‌سازی این پدیده انتخاب مدل مناسب برای تغییر فاز و همچنین بررسی سطوحی که بر روی آن جوشش اتفاق می‌افتد، حائز اهمیت است. در این تحقیق مسئله جوشش هسته‌ای توسط روش دوفازی حجم سیال به صورت عددی شبیه‌سازی شده است. از روش بازسازی هندسی مرز مشترک برای بهبود کیفیت مرز مشترک بهره گرفته شده است. جهت صحت‌سنجی حلگر عددی از مسئله یک‌بعدی مرز مکشی استفان استفاده شده است. از دو مدل تغییر فاز لی و تاناساوا برای محاسبه نرخ تغییر فاز و محاسبه ترم‌های چشمه استفاده شده است. نتایج جوشش هسته‌ای بر روی سه سطح آب‌دوست، آب‌گریز و با زاویه تماس 90 درجه مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که جوشش بر روی سطوح آب‌گریز سبب جدایی حباب‌های با شعاع بزرگتر و انتقال حرارت بیشتر شده و در هم‌آمیختگی حباب‌ها در هسته‌های جوانه‌زایی متفاوت، جوشش بر روی سطوح آب‌گریز را به سمت جوشش فیلمی سوق می‌دهد.

The Effect of Surface Types on Bubble Dynamic Formation During Nucleate Pool Boiling by Use of Lee and Tanasawa Phase Change Models

Numerical simulation of boiling has always been a challenging problem in terms of the variety and effectiveness of twophase models. Boiling is one of the efficient methods in high heat transfer. In the boiling simulation, in addition to choosing an appropriate heat and mass transfer model, it will be important to evaluate the surfaces in which boiling occurs on it. A problem of nucleate boiling of saturated liquid is numerically simulated in this investigation by use of volume of fluid model together with the georeconstruction of the interface. Onedimensional Stephan problem as sucking interface problem is solved for verification the numerical solver. Twophase 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 the hydrophobic surface to film boiling.