НАЗВАНИЕ СТАТЬИ:
Экспериментальное и численное исследование эволюции одиночного пузыря при кипении недогретой  воды

СПИСОК АВТОРОВ:
Васильев Н.В., Зейгарник Ю.А., Вавилов С.Н., Лиджиев Е.А., Яньков Г.Г., Минко К.Б.

СПИСОК АВТОРОВ (С РАСШИФРОВКОЙ):
Васильев Николай Викторович, Зейгарник Юрий Альбертович, Вавилов Сергей Николаевич, Лиджиев Есен Арслангович, Яньков Георгий Глебович, Минко Константин Борисович

DOI:
https://doi.org/10.33849/2024102

ПОСТУПИЛА В РЕДАКЦИЮ:
4 апреля 2024 г.

ЖУРНАЛ:
Вестник Объединенного института высоких температур

ТОМ:
13

ГОД:
2024

СТРАНИЦЫ:
9-11

РУБРИКА:
Теплообмен и физическая газодинамика

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:
кипение; недогретая вода; одиночный пузырь; лазерный нагрев; высокоскоростная видеосъемка; численное моделирование

КОДЫ КЛАССИФИКАТОРОВ:
УДК 544.015.4, ВАК 1.3.14

АННОТАЦИЯ:
Проведено экспериментальное и численное исследование эволюции одиночного пузыря при кипении недогретой до температуры насыщения воды. Для получения одиночных пузырей применялся локализованный лазерный нагрев поверхности. Процесс эволюции пузыря во времени регистрировался с помощью высокоскоростной видеосъемки (с частотой кадров 50 кГц). Моделирование изменения размеров пузыря и температуры окружающей его жидкости во времени производилось с помощью авторского CFD-кода ANES. Показано, что основная доля  mbox{тепла} конденсации от пузыря к жидкости передается на этапе его роста. Определяющую роль в~этом процессе играет нестационарная теплопроводность жидкости. Поверхность пузыря на стадии “взрывного” роста (с продолжительностью 100--150 мкс) вследствие быстрого изменения размеров контактирует с неуспевающими прогреваться холодными слоями жидкости. Таким образом, создаются условия (высокий градиент температур) для эффективного отвода тепла теплопроводностью от купола пузыря. На последующих этапах жизни (постепенного уменьшения размеров и схлопывания) плотность отводимого теплового потока падает пропорционально квадратному корню от времени.

TITLE:
Experimental and numerical study of the evolution of a single bubble during subcooled water boiling

AUTHORS:
Vasil'ev N.V., Zeigarnik Yu.A., Vavilov S.N., Lidzhiev E.A., Yan'kov G.G., Minko K.B.

KEYWORDS:
boiling; subcooled water; single bubble; laser heating; high speed video filming; numerical simulation

ABSTRACT:
An experimental and numerical study of the evolution of a single bubble during boiling of water subcooled to the saturation temperature was carried out. To obtain single bubbles, localized laser heating of the surface was used. The process of bubble evolution over time was recorded using high-speed video filming (with a frame rate of 50 kHz). Simulation of changes in the size of the bubble and the temperature of the surrounding liquid over time was carried out using the author's CFD code ANES. It is shown that the main share of the heat of condensation is transferred from the bubble to the liquid at the stage of its growth. The determining role in this process is played by the unsteady thermal conductivity of the liquid. The surface of the bubble at the stage of “explosive” growth (with a duration of 100–150 μs), due to a rapid change in size, comes into contact with cold layers of liquid that do not have time to warm up. Thus, conditions are created (high temperature gradient) for effective heat removal by thermal conductivity from the bubble dome. At subsequent stages of life (gradual reduction in size and collapse), the density of the removed heat flux decreases in proportion to the square root of time.