Diamétre de détachement

 Diamètre de détachement

  Lorsqu’ un germe de vapeur est piégé sur un site de nucléation, une bulle de vapeur d'eau est crée et grandis sur la paroi sous l'effet de la surchauffe pariétale. Ces bulles grandissent jusqu'à atteindre un diamètre maximal où elles se détachent de la paroi. On parle alors d'un diamètre de détachement. La connaissance de ce diamètre permet de connaître les temps caractéristiques des différents phénomènes d'échange de chaleur entre la paroi et le liquide.

                                                

                                                          Configuration de bulle étudiée

  Des expériences ont été réalisées par plusieurs auteurs et des corrélations ont été développées afin d'établir une relation entre le diamètre de détachement et les propriétés physiques de l'écoulement ambiant.
Dans cette partie, on présentera la corrélation de Basu et al. ainsi que la corrélation analytique établie à partir du bilan de forces agissant sur la bulle. On comparera ensuite ce résultat analytique la base expérimentale de Maity (2000) en étudiant l'influence des angles α et β.

  Corrélation de Basu et al.

  La corrélation principale utilisée pour sa modélisation est celle développée par Basu que l’on rappelle ici :

            

            

Avec,
lc : longueur capillaire
Jasup : Nombre de Jacob basé sur la sous saturation
Jasat : Nombre de Jacob basé sur la surchauffe pariétale
Ø : l’angle de contact statique pour lequel aucune fermeture n'est proposée.
Cette corrélation a été développée dans le domaine suivant :

 

                                                    

 

Relation obtenu à partir du bilan des forces

  Une autre relation a été obtenue par Montout (2009) à partir d'un bilan de forces agissant sur la bulle. L'expression trouvée par Montout est donnée par la relation suivante :

                        

  La fonction h(α,β) à la forme suivante :

 

                               

Comparaison avec les données expérimentales de Maity (2000)

 

  La relation précédente sera comparée avec les données expérimentales eau/vapeur développée en pression atmosphérique par Maity. Il s'agit des seules données disponibles pour le moment qui donnent les valeurs des diamètres de détachement.

 

                              

 

 

Calcul du paramètre K

  Le paramètre K utilisé dans la formule précédente intervient dans la loi de croissance de la bulle. La loi choisie est la loi de croissance de bulle contrôlée par les effets diffusifs proposée par Zuber rappelée ici :
  Les résultats expérimentales de la croissance de la bulle de Maity trouvés pour une vitesse du liquide de 0,25m/s et ΔTsub=0,2°C et ΔTsat=5,3°C sont présentée sur la figure suivante.

 

                                

Évolution du diamètre de la bulle en fonction du temps

  Le nombre de Jacob est calculé à partir de ΔTsat dans le tableau précédent, on trouve alors k=0,83.

Choix des angles α et β :

  Au moment de détachement, il est difficile de connaître les valeurs exactes des angles α
et β. Donc une étude paramétrique sera réalisée afin de voir l'influence de ces angles sur
les résultats obtenus.

Résultats :

  Le tableau suivant montre les valeurs obtenues pour le diamètre de détachement pour
plusieurs valeurs d'angles α et β :

 

   

Tableau récapitulatif des résultats du diamètre de détachement

  On remarque que le choix des angles de contact entre la bulle et la paroi a une influence énorme sur les valeurs du diamètre de détachement obtenues.
  Le bon accord avec le résultat de Maity est obtenu avec les valeurs de α=80° β=40° où l'erreur est inférieure à 10 %.