Figure

Objet

Des études préalables [1] conduites sur un fil fin, immergé dans un bain d'azote liquide à saturation ( 77 K) et de température moyenne asservie, ont mis en évidence des états mixtes d'ébullition dans la zone dite de transition située entre l'ébullition nucléée (EN) et l'ébullition en film (EF). Le fil étant thermorésistif, le chauffage, réalisé par effet Joule, peut être appliqué selon différentes procédures telles que, courant ou tension contrôlés. L'objectif est de caractériser la transition flux critique-ébullition en film, dite crise d'ébullition, et plus particulièrement sa cinétique ainsi que l'énergie nécessaire à son développement en fonction du mode et de la vitesse de chauffage.

Description

Les deux catégories d'expériences réalisées, à courant ou tension contrôlés, sont conduites à vitesse de rampe variable (régimes stationnaire et quasi-stationnaire). La densité de flux de chaleur transféré du solide au fluide, la surchauffe moyenne du fil par rapport à la température de saturation du bain et la cinétique du transfert sont déterminées à chaque instant à partir du couple courant-tension (I(t); U(t)).

Résultats et perspectives

Le mode de chauffage, courant (Fig. 1) ou tension (Fig 2), ne modifie pas l'allure de la courbe d'échange paramétrée en temps donnant la densité de flux de chaleur q(t) en fonction de la surchauffe moyenne du fil . Le coefficient de température du fil, positif dans notre cas, induit, comme attendu, une accélération du processus de développement de la crise d'ébullition pour l'essai en courant (R(T)I²) et un ralentissement pour l'essai en tension (V²/R(T)). De ce fait, les transitions conduisent à des états d'ébullition en film qui diffèrent d'un facteur 2 en flux et d'un facteur 2.7 en température. La transition <<retour>> entre ébullition en film et ébullition nucléée traduit la présence d'états mixtes préalablement identifiés lors des expériences conduites à température contrôlée [1]. L'analyse temporelle donne accès à la durée (Fig. 3) et à l'énergie (Fig. 4) mises en jeu lors de la transition flux critique- ébullition en film et montre que pour les faibles vitesses de chauffage, cette durée est suffisamment grande pour qu'intervienne, dans la vapeur générée, le processus de diffusion thermique. En revanche, des vitesses de chauffage élevées induisent des durées de transition si courtes que seul le phénomène de vaporisation est mis en oeuvre. L'énergie acceptée tend ainsi vers une limite inférieure. Ces observations, qui mettent en évidence l'importance de la cinétique de la vaporisation dans le processus de transition font l'objet de compléments d'études.

Références

[1] M.C. Duluc, M.X. François, J.P. Brunet : <<Liquid Nitrogen Boiling around a Temperature Controlled Heated Wire >>. Int. J. Heat and Mass Transfer, Vol. 39, n8, pp. 1758-1762, 1996.
[2] M.C. Duluc, M.X. François : << Quasi Stationary Pool Boiling Experiments in Liquid Nitrogen with various Heating Procedures>>. 48th Eurotherm <<Pool Boiling>> Paderborn, Germany, 18-20 sept. 1996.

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