Subatmospheric vaporisation of water in a vertical narrow channel : bubble growth, interface rupture and wetting
Vaporisation subatmosphérique de l’eau dans un canal vertical confiné : croissance de bulles, rupture d’interface et mouillage
Résumé
Bubbles observed during subatmospheric water vaporisation behave in a very atypical way, incomparison with the atmospheric case (mushroom-shaped, several centimeters of diameter). In a verticalnarrow channel partially filled with liquid, the nucleation and growth of a bubble is followed by therupture of its interface after interacting with the free surface. When a bubble grows and bursts, a liquidfilm is created on the walls. It has been recently shown that the vaporisation of this film is responsiblefor most of the heat transfers with the secondary fluid (used to supply the energy for the vaporisationprocess). Thus, the maximisation of the surface of this film would allow to maximise the surface of heatexchange by vaporisation, consequently improving the heat transfer. The objective of this thesis is togain a better understanding of the behaviour of the bubbles in such a channel and their impact onthe wetting. An automated software has been developed to exploit high-resolution camera recordings(obtained during a previous series of experiments) and measure the physical quantities characterisingthe bubble and the liquid film, allowing a phenomenological study of the bubble growth and bursting.Interface perturbations such as fingering or evaporation waves, observed under certain conditions, havealso been classified and analyzed (especially fingering, using the results of new experiments). The impactof the bubbles (perturbed and unperturbed) on wetting was then evaluated in a preliminary analysis
Les bulles observées lors de la vaporisation subatmosphérique de l’eau se comportent de manière très atypique en comparaison au cas atmosphérique (plusieurs centimètres de diamètre, forme de champignon). Dans un canal vertical confiné partiellement rempli de liquide, la croissance d’une bulle est suivie de la rupture de son interface après interaction avec la surface libre. La croissance et l’éclatement de la bulle forment, sur les parois du canal, un film liquide. Il a été montré précédemment que l’évaporation de ce film est à l’origine de la majorité des transferts thermiques avec le fluide secondaire (utilisé pour fournir l’énergie nécessaire à la vaporisation). Ainsi, la maximisation de la surface de ce film permettrait la maximisation de la surface d’échange de chaleur par évaporation et donc l’amélioration des transferts thermiques. L’objectif de cette thèse est d’approfondir la compréhension du comportement des bulles dans ce canal et de leur impact sur le mouillage. Un programme automatisé a été développé dans le but d’exploiter les enregistrements par caméra rapide (obtenus lors d’une campagne expérimentale antérieure) et de mesurer les quantités physiques caractérisant la bulle et le film liquide, permettant une étude phénoménologique des bulles. Des perturbations d’interface comme la digitation ou les fronts d’évaporation, observées dans certaines conditions, ont également été classifiées et analysées (la digitation en particulier, utilisant les résultats d’une nouvelle campagne expérimentale). L’impact des bulles (perturbées et non perturbées) sur le mouillage a ensuite été évalué dans une analyse préliminaire.
Origine : Version validée par le jury (STAR)