Confronto delle correlazioni per la valutazione del coefficiente di scambio in ebollizione nucleata

CONFRONTO DELLE CORRELAZIONI

PER LA VALUTAZIONE DEL

COEFFICIENTE DI SCAMBIO IN

EBOLLIZIONE NUCLEATA

Indice

 Richieste del problema

 Introduzione

 Presentazione delle correlazioni utilizzate

 Fluidi in esame

 Calcolo dei coefficienti e grafici

 Andamenti coefficiente di scambio

 Conclusioni

Richieste del problema

Confrontare i valori dei coefficienti di scambio ottenuti con le varie correlazioni

dell’ebollizione nucleata (Rohsenow, Cooper, Cornell, Stephan e VDI 2010) per

i seguenti fluidi: acqua, etanolo e azoto liquido.

Dati:

 2

Flusso termico = 10 W/cm

 Pressione = 1 bar

 Superficie di rame R =1µm

a

Introduzione

Le correlazioni di cui è richiesto un confronto sono state costruite in regime di pool

boiling nella fase di ebollizione nucleata.

Con la dicitura “pool boiling” si intende l’ebollizione che avviene su una superficie

immersa in un volume stagnante.

I risultati degli esperimenti di Nukiyama del 1934, su fili di platino immersi in acqua

satura e sottoraffreddata a pressione atmosferica, hanno permesso la costruzione della

curva di pool boiling, sulla quale è possibile individuare i vari regimi di ebollizione.

“Nucleate boiling”, per

Il regime in esame è il cui si ha la formazione di un volume di

all’interno

una fase (vapore) di una fase differente (liquido). La nucleazione può essere

omogenea o eterogenea. all’interno del volume di liquido, mentre si ha

La nucleazione omogenea avviene l’interfaccia parete-

nucleazione eterogenea quando le bolle si formano a contatto con

pratici l’ebollizione inizia per nucleazione eterogenea, in

liquido. In tutti i casi quanto

richiede un surriscaldamento inferiore.

Quando si raggiunge un surriscaldamento sufficiente, il cui valore si individua

attraverso la teoria di Hsu, si iniziano ad attivare i siti di nucleazione nei quali nascono

le prime bolle.

I siti di nucleazione si individuano nelle cavità ed imperfezioni presenti sulla

superficie, non tutte queste però sono siti attivi: infatti bisogna considerare forma e

dimensione della cavità, solubilità dei gas incondensabili, angolo di contatto (quindi

la bagnabilità della superficie), oltre che il surriscaldamento raggiunto.

Tramite il modello di Hsu, si stabilisce il range di raggio per il quale si attivano le

cavità: 8

3

= (1 ± − )

√1

,, ℎ

2 ( − )

3 1

Per cavità con raggio maggiore la bolla sporgerebbe oltre allo strato limite

surriscaldato fino ad arrivare nel liquido freddo e collasserebbe, mentre per raggi

minori il surriscaldamento non è sufficiente da permettere la crescita della bolla.

Vediamo che per surriscaldamenti più elevati si riescono a sfruttare anche cavità più

l’ebollizione;

piccole per far partire inoltre bisogna considerare anche lo spessore dello

strato limite, infatti se lo strato limite è più sottile, è richiesto un maggior

surriscaldamento minimo per la generazione della bolla.

8

( − ) =

ℎ

Per la valutazione dello scambio termico che avviene durante l’ebollizione nucleata

non esiste una legge univoca, ma sono state sviluppate diverse relazioni in