Rôle des instabilités de surface sur les changements de régime en ébullition

The role of interfacial instabilities on boiling heat transfert transition

Laboratoire de Thermodynamique, Université des Sciences Saint-Jérôme, boulevard Escadrille Normandie-Niemen, 13997 Marseille, France

Résumé

Nous proposons ici, basé sur un précédent travail [1], un nouveau mécanisme pour décrire la crise d'ébullition ; cette crise est encore mal comprise, bien qu'elle ait fait l'objet de nombreuses expérimentations. Les expériences ont mis en exergue les paramètres influants de l'ébullition, cependant ceux-ci sont peu pris en compte dans les modèles théoriques. Notre modèle, s'appuyant sur ces constatations expérimentales propose d'attribuer aux instabilités de surface (essentiellement l'instabilité d'Hickman et de Marangoni) la responsabilité du changement de régime du flux de chaleur. Notre modèle est valable pour les différentes conditions de l'ébullition (en gravité normale et en microgravité). Les résultats de l'analyse théorique de stabilité permettent de dégager des prédictions sur le rôle des paramètres expérimentaux régissant la crise débullition. En particulier, les prédictions obtenues sur l'influence de l'angle de contact liquide-vapeur avec la paroi et l'influence de la pression rendent compte des observations expérimentales.

Abstract

Based on a previous work [1] where a model was introduced to explain the mechanism of boiling dry out phenomenon. The authors in this paper present some new results dealing with the effect of experimental parameters. The role of the interfacial instabilities has been clearly shown. The effect of pressure on the nature of boiling crisis mechanism has been studied through recoil and thermocapillary instabilities. It is found that at low pressure recoil destabilizing role prevails however at higher pressure Marangoni instability dominates the mechanism of boiling crisis. The effect of the addition of surfactants to boiling liquids is found to be stabilizing which is in good agreement with experimental works showing that the addition of strong surfactant will lead higher critical fluxes. Further investigation of the surface parameters will certainly lead to the validation of the previously introduced model.