Boiling crisis as inhibition of bubble detachment by the vapor recoil force.

Crise d'ebullition : inhibition du détachement de la bulle de vapeur par la force de recul

Vadim Nikolayev (1, 2, 3) , Daniel Beysens (1, 2, 3) , Yves Garrabos (4, 3)

1 PMMH - Physique et mécanique des milieux hétérogenes (UMR 7636)
2 SBT - Service des Basses Températures
3 ESEME : Équipe du Supercritique pour l'Environnement, les Matériaux et l'Espace : Équipe commune CEA-CNRS (2000-2014)
4 ICMCB - Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux

Boiling crisis is a transition between nucleate and film boiling. In this communication we present a physical model of the boiling crisis based on the vapor recoil effect. Our numerical simulations of the thermally controlled bubble growth at high heat fluxes show how the bubble begins to spread over the heater thus forming a germ for the vapor film. The vapor recoil force not only causes the vapor spreading, it also creates a strong adhesion to the heater that prevents the bubble departure, thus favoring the further bubble spreading. Near the liquid-gas critical point, the bubble growth is very slow and allows the kinetics of the bubble spreading to be observed. Since the surface tension is very small in this regime, only microgravity conditions can preserve a convex bubble shape. Under such conditions, we observed an increase of the apparent contact angle and spreading of the dry spot under the bubble, thus confirming our model of the boiling crisis.

La crise d'ebullition est une transition entre deux régimes d'´ ebullition : ébullition nucléée (la bulle se forme sur la surface chauffante) et ebullition en film (la surface chauffante est couverte par un film continu de vapeur séparant la surface chauffante du liquide). Dans cette communication, nous présentons un mod ele physique de la crise d'ebullition basé sur le concept de recul de vapeur. Nos simulations numériques de croissance thermiquement contrôlée montrent comment une bulle attachéè a la surface chauffante commence soudainement a s'y étaler, formant le germe d'un film de vapeur. La force de recul de vapeur ne provoque pas seulement l'etalement de la bulle, elle créé egalement une force additionnelle d' adhérence qui empêche le départ de la bulle de la surface chauffante lors de sa croissance. Pr es du point critique liquide-vapeur, la croissance de la bulle est très lente. Si, de plus, des conditions de microgravité sont remplies, la bulle garde la forme convexe et il est possible d'observer expérimentalement une augmentation de l'angle apparent de contact ainsi que la croissance de la tache s` eche. Ces observations confirment l'explication proposée.

Domaines: Dynamique des Fluides [physics.flu-dyn]; Mécanique des fluides [physics.class-ph]; Thermique [physics.class-ph]

Vadim Nikolayev, Daniel Beysens, Yves Garrabos. Boiling crisis as inhibition of bubble detachment by the vapor recoil force.. Mechanics & Industry, 2004, ⟨10.1051/meca:2004056⟩. ⟨hal-01261680⟩