مطالعه عددی تغییر الگوی جریان دو‌فازی در اثر حضور حباب‌های ناشی از جوشش حبابی در یک محفظه بلند حاوی دو سیال غیر قابل امتزاج

در بین روش های مختلف انتقال حرارت، پدیده جوشش حبابی به عنوان یک روش با قابلیت انتقال حرارت بالا، همواره مورد توجه بسیاری از محققان بوده است. از طرف دیگر، پدیده همرفت طبیعی و پدیده جوشش در سیالات، دارای تاثیر متقابل بر همدیگر بوده و منجر به تقویت و تضعیف یکدیگر در حالت های مختلف می شوند. بدین منظور در مطالعه عددی حاضر، یک محفظه بلند محتوی دو سیال غیر قابل امتزاج ( آب، بخار و هوا) و با دیوار جانبی دارای شار حرارت گرمایی یکنواخت به صورت سه بعدی مورد مطالعه قرار گرفته است. در این مطالعه ابتدا بازه ی شار حرارتی که به ازای آن جوشش هسته ای اتفاق می افتد، پیش بینی شده است و سپس، تاثیر متقابل پدیده های جوشش و همرفت طبیعی بر روی همدیگر و تاثیر پارمترهای مختلف بر روی انتقال حرارت مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این مطالعه نشان می دهد که با افزایش عدد رایلی به موجب افزایش ارتفاع بی بعد سیال در محفظه بلند، امکان جدا شدن حباب های گازی ناشی از جوشش از سطح دیواره بهبود یافته و در نتیجه تغییر رژیم جوشش حبابی به جوشش فیلمی به تاخیر می افتد. ولی در ارتفاع بی بعد کمتر که دارای عدد رایلی پایین تری هستند، جریان ناشی از همرفت طبیعی توانایی لازم برای جدا کردن حباب ها از سطح را ندارد و حباب ها به جای جداشدن از سطح دیواره، بر روی آن می لغزند. همچنین گردابه های ناشی از همرفت طبیعی ابتدا در قسمت های پایین محفظه تشکیل می یابد و تدریجا این گردابه ها توسعه یافته و در قسمت های دیگر از محفظه دارای سیال، فعال می شود. در این مقاله به خوبی نشان داده شده است که تولید و جدا شدن حباب ها سبب آشفتگی در این جریان ها می شود.

Numerical study on the two-phase flow pattern due to the presence of bubbles caused by nucleate boiling in a tall cavity containing two incompatible fluids

Among the methods of heat transfer, the bubble boiling phenomenon as a method with high heat transfer coefficient is considered by many researchers. On the other hand, natural convection and nucleate boiling have interactions on each other which lead to strengthening and weakening each other in different situations. In the present numerical study, a threedimensional tall cavity filled with incompatible fluids of water, vapor, and air with a uniform heat flux on the main wall has been investigated. At first in this study, the range of the critical heat flux for nucleate boiling has been predicted and then, the interaction between the natural convection and nucleate boiling and the effective parameters on heat transfer have been studied.The results show that increase in the Raleigh number due to increase in the dimensionless height of fluid in the tall cavity has improved the enhance of separation of gas bubbles due to boiling pheromone on the wall surface and as a result, has delayed the film boiling regime. However, in lower dimensionless heights of fluid in the cavity (lower Rayleigh number), streams of fluid due to natural convection haven rsquo;t got enough strength to separate bubbles from the surface and bubbles slip on the surface instead of separating from it. In addition, vortexes of fluid caused by natural convection, first form in the down parts of the cavity and then they gradually develop and be active in other parts of the fluid. Also in this paper is well shown that the production and separation of the gas bubbles cause turbulence in the fluid flows.