شبيه سازي انتقال حرارت جوشش فيلمي روي سطح تخت و تاثير مدل هاي مختلف تغيير فاز بر آن

Simulation of film boiling heat transfer on flat plate and the impact of various phase change models on it

شبيه سازي عددي پديده جوشش از لحاظ تنوع مدل هاي دو فازي و كارآمدي هر يك همواره جز مسائل چالش بر انگيز بوده است. علاوه بر اين انتخاب مدلي كه نرخ انتقال جرم و حرارت را به درستي محاسبه كند بر پيچيدگي هاي مسأله مي افزايد. در اين تحقيق مسأله جوشش فيلمي مايع اشباع توسط روش دو فازي حجم سيال و به همراه بازسازي هندسي مرز مشترك شبيه سازي عددي شده است. از سه مدل تغيير فاز مرز تيز، مدل لي و مدل تاناساوا براي محاسبه نرخ تغيير فاز و محاسبه ترم هاي چشمه بطور همزمان در يك مسأله واحد استفاده شده است. جهت صحت سنجي حلگر عددي از مسأله نمونه جوشش يك بعدي استفان استفاده شده است. ناسلت پريوديك، الگوي جريان، شكل حباب و زمان جدايش آن در مدل هاي مختلف تغيير فاز بررسي و همچنين ضرايب تجربي مورد استفاده در دو مدل لي و تاناساوا ارائه شده است. ناسلت بدست آمده از شبيه سازي با دو رابطه تجربي برنسون و كليمنكو مقايسه شده است. نتايج با رابطه ناسلت كليمنكو تطابق خوبي نشان مي دهد. نتايج نشان مي دهند هر چند كه مدل لي به ضريبي تجربي وابسته است اما در مقابلِ مدل مرز تيز و مدل تاناساوا از دقت بالاتري براي پيش بيني جوشش فيلمي روي سطح تخت برخوردار است.

Numerical simulation of boiling has always been a challenging problem in terms of the variety and effectiveness of twophase models. Furthermore choosing an appropriate heat and mass transfer model increases the complexity of the solution. Problem of film boiling of saturated liquid is numerically simulated in this investigation by using of VOF (volume of fluid) model together with the georeconstruction of interface. Three phase change models of sharp interface model, Lee model and Tanasawa model are used at the same time on a single problem in order to calculate the rate of phase change and source terms. Onedimensional Stephan benchmark is solved for verification the numerical solver. The periodic Nusselt, flow pattern, bubble form and its detachment time have been studied in mentioned various phase change models. Also empirical coefficients used in both models of Lee and Tanasawa are presented. The results of Nusselt number obtained from simulation is compared with two empirical Nusselt correlations of Berenson and Klimenko. The results show good agreement with the Klimenko’s Nusselt. The results reveal although the Lee model is dependent on empirical coefficient, it is more accurate than the two other models for prediction of film boiling on flat plate.