Estudio Experimental y Numérico de la Ebullición por Película Alrededor de una Pequeña Esfera de Níquel
Autores: Brissot, Charles; Cailly-Brandstäter, Léa; Castellani, Romain; Hachem, Elie; Valette, Rudy
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Estudio Experimental y Numérico de la Ebullición por Película Alrededor de una Pequeña Esfera de Níquel
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Enfoque experimental
Simulaciones numéricas
Modos de ebullición en película
Formación de vapor
Cinética de enfriamiento
Flujos de calor
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Este trabajo, que mezcla un enfoque experimental original, así como simulaciones numéricas, propone estudiar los modos de ebullición por película alrededor de una pequeña esfera de níquel. Al tratar con un fenómeno que parece simple y que se encuentra en muchos procesos industriales y que ha sido resuelto para regímenes de enfriamiento básicos, nos enfocamos en describir con precisión cómo la formación de vapor y los grosores de la película, así como la evacuación de burbujas de vapor, afectan la cinética de enfriamiento. Dado que instrumentar esferas pequeñas puede llevar a inexactitudes experimentales, capturamos ópticamente, utilizando una cámara de alta velocidad, el grosor de la película de vapor a media altura, el volumen de burbujas de vapor y la frecuencia de desprendimiento de burbujas, junto con el flujo de calor. Más precisamente, se obtuvo una estimación de la temperatura instantánea de la esfera, en diferentes condiciones, a través de la medición del tiempo de enfriamiento antes del final del modo de ebullición por película, facilitando posteriormente la evaluación del flujo de calor. Encontramos una disminución casi lineal tanto en el grosor de la película de vapor como en el volumen de burbujas de vapor a medida que disminuía la temperatura de la esfera. Notablemente, la frecuencia de desprendimiento se mantuvo constante en todo el rango de temperaturas. La estimación de los flujos de calor confirmó la prevalencia de la conducción como el modo principal de transferencia de calor; una parte importante de la energía se gastó aumentando la temperatura del líquido. Los resultados se compararon luego con simulaciones de elementos finitos utilizando un solucionador multifísico interno, incluyendo cambios de fase térmica (líquido a vapor) y su hidrodinámica, y también capturamos las interfaces. Aunque presentó un desafío debido al contraste en densidades y viscosidades entre fases, se destacó la importancia de las pequeñas circulaciones a lo largo de ellas, que mejoran la eliminación de calor en la fase líquida; también evaluamos la idoneidad del modelo y del código numérico para la simulación de tales casos de enfriamiento cuando hay subenfriamiento en las cercanías de una temperatura de saturación.
Descripción
Este trabajo, que mezcla un enfoque experimental original, así como simulaciones numéricas, propone estudiar los modos de ebullición por película alrededor de una pequeña esfera de níquel. Al tratar con un fenómeno que parece simple y que se encuentra en muchos procesos industriales y que ha sido resuelto para regímenes de enfriamiento básicos, nos enfocamos en describir con precisión cómo la formación de vapor y los grosores de la película, así como la evacuación de burbujas de vapor, afectan la cinética de enfriamiento. Dado que instrumentar esferas pequeñas puede llevar a inexactitudes experimentales, capturamos ópticamente, utilizando una cámara de alta velocidad, el grosor de la película de vapor a media altura, el volumen de burbujas de vapor y la frecuencia de desprendimiento de burbujas, junto con el flujo de calor. Más precisamente, se obtuvo una estimación de la temperatura instantánea de la esfera, en diferentes condiciones, a través de la medición del tiempo de enfriamiento antes del final del modo de ebullición por película, facilitando posteriormente la evaluación del flujo de calor. Encontramos una disminución casi lineal tanto en el grosor de la película de vapor como en el volumen de burbujas de vapor a medida que disminuía la temperatura de la esfera. Notablemente, la frecuencia de desprendimiento se mantuvo constante en todo el rango de temperaturas. La estimación de los flujos de calor confirmó la prevalencia de la conducción como el modo principal de transferencia de calor; una parte importante de la energía se gastó aumentando la temperatura del líquido. Los resultados se compararon luego con simulaciones de elementos finitos utilizando un solucionador multifísico interno, incluyendo cambios de fase térmica (líquido a vapor) y su hidrodinámica, y también capturamos las interfaces. Aunque presentó un desafío debido al contraste en densidades y viscosidades entre fases, se destacó la importancia de las pequeñas circulaciones a lo largo de ellas, que mejoran la eliminación de calor en la fase líquida; también evaluamos la idoneidad del modelo y del código numérico para la simulación de tales casos de enfriamiento cuando hay subenfriamiento en las cercanías de una temperatura de saturación.