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Visualization study of phase distribution on a boiling surface
Experimental Thermal and Fluid Science ( IF 3.2 ) Pub Date : 2021-02-01 , DOI: 10.1016/j.expthermflusci.2020.110261
Dong Eok Kim , Junseok Park

Abstract In this study, the liquid and vapor phase distributions on a boiling surface are visualized using a simple visible ray optic setup with high-speed and high-resolution. We find that the thermal and fluidic nature of the boiling process originates from the behaviors of the dry spot, microlayer, and liquid wetting, and their intertwined dynamics. At a high surface heat flux condition, large coalesced dry spots appear on the boiling surface, which deteriorates the boiling heat transfer. They can be wetted and cooled by the surrounding liquids based on two mechanisms: liquid driven by adjacent nucleation and gravitational liquid supply. However, liquid wetting to the dry spots is significantly restricted by the appearance of a particular dry spot, called the irreversible dry spot. In particular, the liquid film formed around the dry spot bursts immediately, and the liquid stream is abruptly scattered without wetting. Our numerical simulation results show that the formation of an irreversible dry spot is caused by the overheating of a spot on the dry spot, and the surface temperature yielding the blockage of liquid wetting is found to be in the range of 130–140 °C under the present experimental conditions. In other words, a dry spot with its surface temperature higher than the temperature limit might not be wetted anymore by the surrounding liquids, and this triggers the critical heat flux phenomenon. Finally, we propose a theoretical model to predict the critical temperature limit based on the balance between the pressures imposed at the triple contact line by the liquid weight (gravity) and vapor recoil force (evaporation).

中文翻译:

沸腾表面相分布的可视化研究

摘要 在这项研究中,沸腾表面上的液相和气相分布使用具有高速和高分辨率的简单可见射线光学装置进行可视化。我们发现沸腾过程的热和流体性质源于干点、微层和液体润湿的行为及其相互交织的动力学。在高表面热通量条件下,沸腾表面会出现大的聚结干斑,这会恶化沸腾传热。它们可以基于两种机制被周围的液体润湿和冷却:由相邻成核驱动的液体和重力液体供应。然而,液体对干斑的润湿受到特定干斑(称为不可逆干斑)的出现的显着限制。特别是,干斑周围形成的液膜立即爆裂,液流骤然散开,没有润湿。我们的数值模拟结果表明,不可逆干斑的形成是由干斑上的一个点过热引起的,并且发现导致液体润湿阻塞的表面温度在 130-140 °C 范围内。目前的实验条件。换句话说,表面温度高于温度极限的干燥点可能不再被周围的液体润湿,这会触发临界热通量现象。最后,我们提出了一个理论模型,基于液体重量(重力)和蒸汽反冲力(蒸发)在三重接触线上施加的压力之间的平衡来预测临界温度极限。液体流突然分散,没有润湿。我们的数值模拟结果表明,不可逆干斑的形成是由干斑上的一个点过热引起的,并且发现导致液体润湿阻塞的表面温度在 130-140 °C 范围内。目前的实验条件。换句话说,表面温度高于温度极限的干燥点可能不再被周围的液体润湿,这会触发临界热通量现象。最后,我们提出了一个理论模型,基于液体重量(重力)和蒸汽反冲力(蒸发)在三重接触线上施加的压力之间的平衡来预测临界温度极限。液体流突然分散,没有润湿。我们的数值模拟结果表明,不可逆干斑的形成是由干斑上的一个点过热引起的,并且发现导致液体润湿阻塞的表面温度在 130-140 °C 范围内。目前的实验条件。换句话说,表面温度高于温度极限的干燥点可能不再被周围的液体润湿,这会触发临界热通量现象。最后,我们提出了一个理论模型,基于液体重量(重力)和蒸汽反冲力(蒸发)在三重接触线上施加的压力之间的平衡来预测临界温度极限。我们的数值模拟结果表明,不可逆干斑的形成是由干斑上的一个点过热引起的,并且发现导致液体润湿阻塞的表面温度在 130-140 °C 范围内。目前的实验条件。换句话说,表面温度高于温度极限的干燥点可能不再被周围的液体润湿,这会触发临界热通量现象。最后,我们提出了一个理论模型,基于液体重量(重力)和蒸汽反冲力(蒸发)在三重接触线上施加的压力之间的平衡来预测临界温度极限。我们的数值模拟结果表明,不可逆干斑的形成是由干斑上的一个点过热引起的,并且发现导致液体润湿阻塞的表面温度在 130-140 °C 范围内。目前的实验条件。换句话说,表面温度高于温度极限的干燥点可能不再被周围的液体润湿,这会触发临界热通量现象。最后,我们提出了一个理论模型,基于液体重量(重力)和蒸汽反冲力(蒸发)在三重接触线上施加的压力之间的平衡来预测临界温度极限。在目前的实验条件下,发现导致液体润湿阻塞的表面温度在 130-140°C 的范围内。换句话说,表面温度高于温度极限的干燥点可能不再被周围的液体润湿,这会触发临界热通量现象。最后,我们提出了一个理论模型,基于液体重量(重力)和蒸汽反冲力(蒸发)在三重接触线上施加的压力之间的平衡来预测临界温度极限。在目前的实验条件下,发现导致液体润湿阻塞的表面温度在 130-140°C 的范围内。换句话说,表面温度高于温度极限的干燥点可能不再被周围的液体润湿,这会触发临界热通量现象。最后,我们提出了一个理论模型,基于液体重量(重力)和蒸汽反冲力(蒸发)在三重接触线上施加的压力之间的平衡来预测临界温度极限。表面温度高于温度极限的干燥点可能不再被周围的液体润湿,这会触发临界热通量现象。最后,我们提出了一个理论模型,基于液体重量(重力)和蒸汽反冲力(蒸发)在三重接触线上施加的压力之间的平衡来预测临界温度极限。表面温度高于温度极限的干燥点可能不再被周围的液体润湿,这会触发临界热通量现象。最后,我们提出了一个理论模型,基于液体重量(重力)和蒸汽反冲力(蒸发)在三重接触线上施加的压力之间的平衡来预测临界温度极限。
更新日期:2021-02-01
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