بررسی عددی اثر میدان الکتریکی بر دینامیک حباب و انتقال گرما در جوشش هسته ای

جوشش هسته ای گونه ای موثر و کارآمد از انتقال گرما می باشد که به دلیل میزان انتقال گرمای بالا در کنار اختلاف دمای کوچک، از اهمیت زیادی در فرآیند های صنعتی برخوردار است. ظرفیت مبدل های گرمایی توسط روش های تقویت انتقال گرما بهبود می یابد. شیوه های افزایش را می توان به دو گروه فعال و غیر فعال دسته بندی کرد. اعمال میدان الکتریکی به عنوان یک روش فعال به صورت گسترده در جهت تقویت انتقال گرمای دو فازی بکار می رود. از آنجا که اعمال میدان الکتریکی سبب ایجاد حرکت های ثانویه در سیال می شود روش الکترو هیدرو دینامیکی نیز نامیده می شود. مدل عددی دو بعدی تاثیر الکترو هیدرو دینامیک روی فرایند رشد و جدایش یک حباب تک در این پژوهش ارائه شده است. برای اعتبار سنجی مدل، ابتدا شبیه سازی بدون اعمال میدان الکتریکی انجام شد و تطابق نتایج با داده های تجربی وعددی موجود در متون چاپ شده بررسی شد. باتوجه به میزان خطای اندک و تایید مدل، مدل سازی و شبیه سازی تحت تاثیر میدان الکتریکی انجام شد. برای ردیابی فصل مشترک دو فاز مایع- بخار از روش میدان فاز استفاده شده است. با حل همزمان میدان جریان سیال، معادله گرمایی و میدان الکتریکی، همراه با میدان فاز تاثیر میدان الکتریکی روی مشخصه های یک حباب بخار درون سیال آب متصل به دیوار افقی گرم شونده مطالعه گردید. هسته اولیه حباب بخار در حفره موجود در کف ظرف جاگذاری شده است و با زوایای تماس ?50 و ?90 در فوق گرم های 7، 5/8 و ?c10 رشد می کند. با افزایش میزان فوق گرم اندازه حباب در حال رشد بزرگ تر شده و زمان جدایش کمتر می شود. در مقابل، افزایش زاویه تماس با تغییر میدان سرعت و دما در نزدیکی پایه حباب قطر جدایش و زمان جدایش را تحت تاثیر قرار می دهد. افزایش زاویه تماس، قطر و زمان جدایش حباب را افزایش می دهد. در نمونه بدون اعمال میدان در زاویه تماس ?50، بیشترین خطا در مقایسه با کار تجربی، %16 برای زمان جدایش و %8 برای قطر جدایش بدست آمد. همینطور در زاویه تماس ?90 نتایج بدست آمده با کار عددی پیشین همخوانی با خطای زیر %10 دارد. بعد از اعمال میدان الکتریکی اثر آن بر مشخصه های دینامیکی حباب نظیر میدان سرعت، زمان رشد، زمان ماند، فرکانس جدایش و قطر جدایش بررسی شد. با اعمال میدان زمان رشد و زمان ماند کاهش یافته و در نتیجه فرکانس جدایش حباب افزایش یافت. در زاویه تماس ?50 و فوق گرم ?c7 ، حباب بعد از گذشت ms4/50 و با قطر mm91/2 از سطح جدا می شود، درحالی که بعد از اعمال ولتاژ v4000، زمان جدایش و قطر جدایش به ترتیب، به ms2/23 و mm1 کاهش می یابند. همینطور نتایج نشان می دهد که اعمال میدان منجر به جدایش حباب ها با اندازه کوچک تر ولی کشیده تر می شود. اعمال میدان الکتریکی بر میدان دما تاثیر گذاشته و به طور مثال در ولتاژ v4000 منجر به کاهش ضخامت لایه مرزی گرمایی در انتهای سمت راست منطقه محاسباتی به میزان %60 و افزایش فلاکس گرمایی تا %85 می شود.