Wärme - und Stoffübertragung

, Volume 13, Issue 4, pp 253–264 | Cite as

Die Berechnung des Blasenwachstums beim Verdampfen von Flüssigkeiten an Heizflächen als numerische Lösung der Erhaltungsgleichungen

  • P. Burow
  • H. Beer
Article

Zusammenfassung

Auf der Grundlage der Marker und Cell-Methode [1] wurde ein numerisches Lösungsverfahren der Erhaltungsgleichungen für Masse, Impuls und Energie zur Berechnung des Blasenwachstums an einer Heizfläche entwickelt. Mit diesem Verfahren wurden Blasenwachstumsberechnungen für gesättigtes Sieden von Wasser auf einer waagerechten V2A-Stahlheizfläche bei einem Druck von 1 bar und verschiedenen Überhitzungen durchgeführt. Als wichtigste Ergebnisse sind festzustellen:
  • -Es besteht gute Übereinstimmung zwischen Rechnung und Experiment hinsichtlich der Blasenwachstumsraten, der Blasenkontur und der Temperaturverteilung in der die Blase umgebenden Flüssigkeit.

  • -Die Blase durchstößt während ihres Wachstums die in der Flüssigkeit über der Heizfläche aufgebaute Temperaturgrenzschicht nach oben und verdrängt diese dabei in seitlicher Richtung.

  • -Der Mikroschichtverdampfungsanteil am gesamten Blasenwachstum steigt mit fortschreitender Wachstumszeit an und beträgt bei den hier durchgerechneten Beispielen 20 % bis 50%

Bezeichnungen

a

Temperaturleitzahl

c

spez. Wärme (bei konstantem Volumen)

C

dimensionslose Konstante

D

Geschwindigkeits-Divergenz

e

spez. innere Energie

F

konvektive Impulstransportterme einschließlich Erdschwerebeschleunigungsterm

\(\overrightarrow g\)

Erdschwerebeschleunigungsvektor

G

Reibungsterme in der Impulsgleichung

h

spez. Enthalpie

\(Ja = \frac{{\rho _f }}{{\rho _g }} \cdot \frac{{c_f \cdot \Delta T}}{{\Delta h_{fg} }}\)

Jakob-Kennzahl

\(\dot m^{'''}\)

Massenquellstärke (bei Phasenumwandlung)

p

Druck

q

Wärmestromdichte

r

radiale Koordinate

R

Blasen (krümmungs) radius

Rb

Blasenaufstands radius

R*

kugelgleicher Blasenradius

t, T

Temperatur

Tw

Temperatur an der Keimstelle bei Blasenwachstumsbeginn

Ts,∞

Sättigungstemperatur der Flüssig keit bei aufgeprägtem Systemdruck

u

Strömungsgeschwindigkeit in ra dialer Richtung r

v

Strömungsgeschwindigkeit in axialer Richtung z

V

Blasenvolumen

x

Dampfvolumenanteil in einer Zelle

z

axiale Koordinate

δ

geometrische Maschenweite

δτ t

Zeitschrittweite

η

dynamische Viskosität

λ

Wärmeleitzahl

ρ

Dichte

σ

spezifische Oberflächenenergie=Oberflächenspannung

τ

Zeit

Indizes

f

flüssige Phase

fg

Phasenwechsel flüssig/gasförmig

g

gasförmige Phase

o

Bezugszustand

r

radiale Richtung

s

Sättigungszustand

z

axiale Richtung

The computation of bubble growth on heating surfaces at pool boiling conditions as a numerical solution of the conservation equations

Abstract

A numerical procedure on the basis of the Marker and Cell-method [1] was developed in order to solve the conservation equations for mass, momentum and energy for the case of bubble growth on a heating surface. This procedure was used to calculate steam bubble growth on a horizontal stainless steel heating surface under saturated pool boiling conditions at a system pressure of 1 bar and different superheatings. The essential results obtained are:
  • -Good agreement was found between calculations and experiments concerning bubble growth rates, bubble shape and temperature field in the liquid surrounding the bubble.

  • -During its growth the bubble penetrates the temperature boundary layer formed in the liquid on the heating surface, simultaneously liquid is displaced aside.

  • -The microlayer evaporation fraction of the total bubble growth increases with growth time from 20 % to 50%.

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Copyright information

© Springer-Verlag 1980

Authors and Affiliations

  • P. Burow
    • 1
  • H. Beer
    • 2
  1. 1.Battelle-Institut e.V.-Abt. Thermische VerfahrenstechnikFrankfurt am Main 90
  2. 2.Institut für Technische ThermodynamikTechnische Hochschule DarmstadtDarmstadt

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