Modélisation et Simulation des phénomènes d'ébullition et du ...

Chapitre 1IntroductionLa figure 1.1 présente les différents mécanismes d’ébullition qui apparaissent au niveau d’une surfacerefroidie par un jet à surface libre. Ainsi, plusieurs régimes d’ébullition au niveau de la surfacesont observables simultanément à différentes positions (x étant la distance à l’impact du jet sur lafigure 1.1). La chaleur est, d’après cette figure, évacuée au point d’impact du jet par convectionforcée. Dans la zone adjacente, le fluide est surchauffé et l’ébullition apparaît. Plus on s’éloigne del’impact du jet, plus l’ébullition est importante et les bulles de vapeur se détachant de la paroi pulvérisentde fines gouttes de liquide. Suite à ces pertes de liquide et au débit grandissant de vapeur,le flux critique est atteint et la surface tend à s’assécher. Les différents mécanismes de transfertde chaleur le long de la surface conduisent à des coefficients de transfert thermique distincts etdonc à des températures pariétales (ou des flux extraits) dépendant fortement de la distance parrapport à l’impact du jet. Un autre phénomène étudié est le cas d’une trempe d’une plaque chaudepar un jet liquide impactant. Dans cette configuration, la température de paroi, initialement trèsélevée 1000 o C), diminue progressivement entraînant une succession de régimes d’ébullition ensurface. En effet, tout d’abord une couche de vapeur se forme sur la plaque et l’isole du liquide(régime d’ébullition en film), puis cette couche se rompt et le liquide vient remouiller la paroi(régime d’ébullition de transition). Les poches de vapeur en paroi deviennent de moins en moinsimportantes et le flux critique est atteint. La température de paroi continuant à diminuer, l’ébullitionsous forme de petites bulles apparaît (ébullition nucléée) et finit par disparaître complètementpour laisser la place à de la convection forcée liquide. Une façon de représenter les transferts de(¡chaleur est alors de tracer la densité de flux thermique en surface (q en W¢m 2 ) en fonction de ladifférence entre la température de la plaque (T w ) et la température du liquide à saturation (T sat et∆T sat£ T T l ). Ceci conduit à la courbe d’ébullition qui est représentée schématiquement sur lafigure (1.2) pour un liquide saturé en vase (i.e. sans convection forcée et sans jet impactant).w¤Le but de cette étude est la prédiction du flux évacué dans une configuration de jet impactant surune surface chauffée. Or, comme nous le verrons dans le chapitre 2, les courbes d’ébullition obtenuesen vase et sous un jet impactant sont très différentes. En effet, nous observerons sur la figure2.2 (tracée selon les données de Robidou [132]) une courbe d’ébullition sous un jet impactant etnous remarquerons l’existence d’un régime où le flux évacué reste constant en fonction de ∆T sat .5