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Article

1 - PRINCIPES FONDAMENTAUX DES SYSTÈMES LIQUIDE-VAPEUR

2 - TRANSFERTS DE CHALEUR AU COURS DE L’ÉBULLITION EN CONVECTION LIBRE

3 - ÉBULLITION DES MÉLANGES

4 - ÉBULLITION EN MILIEU CONFINÉ

| Réf : BE8235 v1

Ébullition en milieu confiné
Transferts en changement de phase - Ébullition libre

Auteur(s) : Monique LALLEMAND

Date de publication : 10 juil. 2005

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RÉSUMÉ

Parmi les changements de phase liquide-vapeur associé à la formation de bulles, intéressons-nous à l’ébullition libre, c’est-à-dire l’ébullition d’un fluide à partir d’une paroi chauffée, sans aucun signal thermique imposé. Après une introduction sur les principes fondamentaux des systèmes liquide-vapeur, l’article détaille le mécanisme de transfert de chaleur au cours de l’ébullition en convection libre. Il aborde ensuite l’ébullition des mélanges, souvent utilisée industriellement à des fins de séparation des corps. Pour terminer, il évoque l’ébullition en milieu confiné au voisinage de la paroi chauffée, cas particulier et notablement différent d’une ébullition libre.

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Auteur(s)

  • Monique LALLEMAND : Ingénieur, Docteur-ès-Sciences - Professeur des Universités à l’Institut National des Sciences Appliquées de Lyon

INTRODUCTION

Le processus d’ébullition, qui correspond au changement de phase liquide-vapeur associé à la formation de bulles, est un phénomène de transfert de chaleur qui occupe une grande place dans le domaine industriel car il permet d’atteindre des densités de flux élevées avec des écarts de température relativement faibles. L’ébullition libre représente l’ébullition d’un fluide naissant à partir d’une paroi chauffée, le fluide étant immobile en l’absence de signal thermique imposé. Les résultats des études d’ébullition libre sont fondamentaux pour la description des mécanismes de l’ébullition convective (traité dans le dossier Transferts en changement de phase- Ébullition convective), dont le champ d’applications est plus vaste. La technique des échangeurs diphasiques a évolué ces dernières années vers le domaine des mini- voire des microéchelles, d’une part, en raison d’une recherche de compacités accrues pour limiter les quantités de fluide, d’autre part, grâce au développement des microtechnologies d’usinage. Cette évolution a également été imposée du fait de la miniaturisation d’un grand nombre de systèmes qui dissipent des densités de flux sans cesse croissantes, en particulier les composants électroniques. Les lois macroscopiques établies pour des géométries conventionnelles cessent d’être utilisables car d’autres phénomènes interviennent aux petites échelles. Du fait de l’évolution de la nature des fluides utilisés dans les évaporateurs, liée aux problèmes environnementaux, les fluides frigorigènes sont de plus en plus des mélanges non azéotropiques dont le comportement pour l’ébullition est modifié par la diffusion d’une espèce au sein de l’autre. Ces différents aspects seront traités dans ce document.

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VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-be8235


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4. Ébullition en milieu confiné

Ces dernières années, de nombreuses recherches ont été consacrées à des études sur les transferts thermiques monophasiques en microcanaux, pour réaliser un refroidissement intense. Puis une grande partie des recherches a été progressivement dévolue à l’ébullition convective en microcanaux. Ceci est essentiellement lié à l’utilisation de l’ébullition afin d’intensifier les échanges thermiques et évacuer des densités de flux importantes.

Les transferts thermiques au cours de l’ébullition peuvent être notablement modifiés si l’ébullition a lieu pour un fluide, qui est confiné au voisinage de la paroi chauffée, aussi bien pour la phase liquide que pour la phase vapeur.

Pour étudier les transferts avec changement de phase liquide-vapeur aux petites échelles et prendre en compte les particularités qui en découlent, il faut préciser quelles sont ces échelles. Kandlikar et Grande  ont proposé la classification suivante, basée sur des considérations de raréfaction moléculaire et sur certains résultats en écoulement diphasique dans des canaux de faible diamètre :

  • canaux conventionnels : Dh > 3 mm

  • minicanaux :

  • microcanaux : .

Par la suite, nous nous intéresserons principalement aux espaces ou canaux dont la dimension caractéristique varie entre 10 µm et 1 mm.

Lorsque les dimensions caractéristiques diminuent, on est confronté à la connaissance des phénomènes à prendre en compte dans les modèles, aux conditions aux limites, etc. En effet, la grande augmentation du rapport surface/volume ou surface/ masse affecte les bilans...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - AIT-AMEUR (M.), STUTZ (B.), LALLEMAND (M.) -   Régimes d’instabilités en ébullition naturelle convective.  -  Congrès SHF « Microfluidique », Toulouse (2004).

  • (2) - BANKOFF (S.G.) -   Entrapment of gas in the spreading of liquid over a rough surface.  -  AIChE J 4, 24-26 (1958).

  • (3) - BERENSON (P.J.) -   Experiments on pool-boiling heat transfer.  -  J. Heat Transfer 83, 3, 351-358 (1961).

  • (4) - BERENSON (P.J.) -   Film boiling heat transfer from a horizontal surface.  -  Int. J. Heat and Mass Transfer 5, 985-999 (1962).

  • (5) - BONJOUR (J.), LALLEMAND (M.) -   Flow patterns during boiling in a narrow space between two vertical surfaces.  -  Int. J. Multiphase Flow, 24, 947-960 (1998).

  • (6) - BREEN (B.P.), WESTWATER (J.W.) -   Effect of diameter of horizontal tube on film boiling heat transfer.  -  ...

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