Nucleate Boiling – Débit d’ébullition
En ébullition (ou par convection forcée ), l’écoulement du fluide est forcé sur une surface par des moyens externes tels qu’une pompe, ainsi que par des effets de flottabilité. Par conséquent, l’ébullition s’accompagne toujours d’autres effets de convection. Les conditions dépendent fortement de la géométrie, qui peut impliquer un écoulement externe sur des plaques chauffées et des cylindres ou un écoulement interne (conduit). Dans les réacteurs nucléaires, la plupart des régimes d’ébullition ne sont que de la convection forcée. Le débit en ébullition est également classé comme un écoulement en ébullition externe ou interne selon que le fluide est forcé de s’écouler sur une surface chauffée ou dans un canal chauffé.
L’ébullition par écoulement interne est de nature beaucoup plus compliquée que l’ébullition par écoulement externe car il n’y a pas de surface libre pour permettre à la vapeur de s’échapper, ce qui oblige le liquide et la vapeur à s’écouler ensemble. L’écoulement diphasique dans un tube présente différents régimes d’ébullition en fonction des quantités relatives des phases liquide et vapeur. Par conséquent, l’ébullition interne par convection forcée est communément appelée écoulement diphasique .
Corrélations d’ébullition nucléées – ébullition
Corrélation de McAdams
Dans une ébullition nucléée complètement développée avec un réfrigérant saturé, la température de la paroi est déterminée par le flux de chaleur et la pression locaux et ne dépend que légèrement du nombre de Reynolds . Pour une eau sous-refroidie à des pressions absolues comprises entre 0,1 et 0,6 MPa, la corrélation de McAdams donne:
Corrélation de Thom
La corrélation de Thom concerne le débit d’ébullition (sous-refroidi ou saturé à des pressions allant jusqu’à environ 20 MPa) dans des conditions où la contribution d’ébullition nucléée prédomine sur la convection forcée. Cette corrélation est utile pour une estimation grossière de la différence de température attendue compte tenu du flux de chaleur:
Corrélation de Chen
En 1963, Chen a proposé la première corrélation d’ébullition pour l’évaporation dans des tubes verticaux pour atteindre une utilisation généralisée. La corrélation de Chen inclut à la fois les coefficients de transfert de chaleur dus à l’ ébullition nucléée ainsi que les mécanismes de convection forcée. Il faut noter qu’à des fractions de vapeur plus élevées, le coefficient de transfert de chaleur varie fortement avec le débit. La vitesse d’écoulement dans un cœur peut être très élevée provoquant de très fortes turbulences. Ce mécanisme de transfert de chaleur a été appelé «évaporation par convection forcée». Aucun critère adéquat n’a été établi pour déterminer la transition de l’ébullition nucléée à la vaporisation par convection forcée. Cependant, une seule corrélation valable à la fois pour l’ébullition nucléée et la vaporisation par convection forcée a été développée par Chen pour les conditions d’ébullition saturées et étendue pour inclure l’ébullition sous-refroidie par d’autres. Chen a proposé une corrélation où le coefficient de transfert de chaleur est la somme d’une composante de convection forcée et d’une ébullition nuclééecomposant. Il faut noter que la corrélation d’ébullition de la piscine nucléée de Forster et Zuber (1955) est utilisée pour calculer le coefficient de transfert de chaleur d’ébullition nucléée, h FZ et la corrélation d’écoulement turbulent de Dittus-Boelter (1930) est utilisée pour calculer la phase liquide coefficient de transfert de chaleur par convection, h l .
Le facteur de suppression de l’ébullition nucléée, S, est le rapport de la surchauffe effective à la surchauffe de la paroi. Il explique la diminution du transfert de chaleur d’ébullition car la surchauffe effective à travers la couche limite est inférieure à la surchauffe en fonction de la température de la paroi. Le multiplicateur diphasique, F, est fonction du paramètre Martinelli χ tt .
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