Comparaison des modèles de transfert de chaleur en paroi

Deux modèles sont disponibles pour modéliser le flux en paroi :

  • modèle à 3 flux de Kurul & Podowski,
  • modèle de Kurul & Podowski étendu à 4 flux.

Modèle à 3 flux

Dans ce modèle le flux de chaleur est composé de trois contributions :

\begin{equation} \Phi_W = \Phi_C + \Phi_Q + \Phi_E  \end{equation}

où :

  • $\Phi_C$ est le flux convectif pour le liquide,
  • $\Phi_Q$ est le flux de quenching (flux conductif instationnaire),
  • $\Phi_E$ est le flux d'évaporation.

Dans ce modèle, toute la chaleur sert à chauffer le liquide. Il n'y a pas de prise en compte des bulles en paroi.

Modèle à 4 flux

Ce modèle considère un quatrième flux $\Phi_{C2}$, qui est le flux convectif pour la vapeur. Ce modèle prend donc en compte les bulles à la paroi.

\begin{equation} \Phi_W = \Phi_C + \Phi_Q + \Phi_E  +\Phi_{C2} \end{equation}

Courbe d'ébullition

Nous simulons pour différents flux et pour chaque modèle, afin d'obtenir une courbe d'ébullition. La température de paroi est prise au centre de la cellule chauffante, afin de s'épargner des effets de bord. La figure de droite est un agrandissement de la zone avant flux critique.

On peut voir que le flux critique n'est pas atteint avec le modèle à 3 flux. Si on impose un flux plus élevé, il n'y a pas de convergence. Le modèle à 4 flux semble mieux se comporter. Nous pouvons aussi regarder l'évolution temporelle de $T_W$ pour un flux donné :

En régime établi, le modèle à 4 flux ne varie plus et $T_W$ est constante. Au contraire, le modèle à 3 flux a des variations périodiques. Celles-ci pourraient être dues à des détachements de bulles périodiques. Nous n'avons cependant pas d'explication pour les trois pics qui apparaissent à chaque fois en un point. Globalement le modèle à 4 flux impose une température en paroi plus chaude et la vapeur est plus surchauffée qu'avec le modèle à 3 flux.