A contribution towards the numerical study of bubble dynamics in nucleate boiling at local scale using a conservative level set method
Institution:
Cergy-PontoiseDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
Nucleate boiling is an efficient means of heat transfer that has been the subject of many studies which have lead to more empirical results than knowledge on the physical mechanisms that govern the phenomena. In this work, a conservative level set method (LSM) was applied to the study of bubble dynamics during nucleate pool boiling which reduces the computational cost of reinitialization techniques traditionally used with LSM to limit phase loss. Also a force-balance approach to modelling dynamic apparent contact angle (CA) was proposed in this study based on the physics of the moving contact line (CL). It was tested against the traditional CL velocity approach and validated in comparison to available experimental data. In comparison to the CL velocity model our approach reduces the non-physical stick/slip behaviour of the CL and allows a smoother transition from the minimum receding to the maximum advancing CA, which is more akin to the physical phenomena. It was also demonstrated that the heat transfer during bubble growth is proportional to the apparent CA.
Abstract FR:
L’ébullition nucléée est un moyen efficace de transfert de chaleur qui a fait l’objet de nombreuses études qui ont conduit vers des résultats davantage empiriques que de connaissances sur les mécanismes physiques qui régissent les phénomènes. Dans ce travail, une méthode ‘level-set’ (LSM) a été appliquée à l'étude de la dynamique des bulles lors de l’ébullition nucléée. Cette méthode réduit le coût de calcul en comparaison aux précédentes techniques de réinitialisation utilisées avec LSM pour limiter les pertes de masse. Une nouvelle approche, basée sur la physique de la ligne de contact (CL) mobile et le bilan de forces, permet la modélisation de l’angle de contact (CA) apparent dynamique. Elle est comparée avec l'approche classique "vitesse de CL" et validée par rapport aux données expérimentales disponibles. Cette nouvelle approche réduit le comportement non-physique accroche-glissement de CL et permet une transition plus douce entre le minimum et le maximum de CA, ce qui est plus proche des phénomènes physiques observés. Il a également été démontré que le transfert de chaleur au cours de la croissance des bulles est proportionnel à CA apparent.