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Wandsiedemodell

Bei Computational Fluid Dynamics (CFD) - Simulationen wird sehr oft auf zeitlich gemittelte auf dem Euler-Ansatz beruhende Methoden zurückgegriffen. Speziell beim Strömungssieden wird die Methode der Aufteilung des Wärmestromes oft angewendet. Bei diesen CFD-Ansätzen sind eine Vielzahl von Untermodellen zur Beschreibung der Blasendynamik von Bedeutung. Zur genaueren Beschreibung dieser Phänomene wurde das Modell einer Einzelblase für Keimsieden basierend auf der Mikrolayer-Theorie entwickelt. Das Modell berücksichtigt die dynamische Blasengeometrie, den Kontaktwinkel und den Neigungswinkel zu verschiedenen Zeitpunkten. Das Modell kann die Abhängigkeit des Blasenablösedurchmessers und der Ablösefrequenz von Parametern wie dem Wärmestrom, den Fluidparametern, der Unterkühlungstemperatur, den Kanalabmessungen (Durchmesser, Länge) Massenstrom usw. beschreiben. Die Implementierung dieses Einzelblasenmodells erfordert ein Update des bisherigen Ansatzes zur Aktivierung der Siedekeime an der Wand und der Aufteilung des Wärmestromes in den zeitgemittelten Euler/Euler-Ansätzen. Das neue Modell beschreibt eine Verteilung der Siedekeimgrößen und den Einfluss der Aktivierungstemperatur. Die Dynamik der von Siedekeimen unterschiedlicher Größe erzeugter Blasen ist unterschiedlich. Das erweiterte Modell nimmt den Wärmestrom auf der Verdampfungsfläche als konstant gleich dem zugeführten Wärmestrom bei stationären Verhältnissen an.



Mit Hilfe eines Populationsbilanzmodells und Modellen für Blasenkoaleszenz und Zerfall ist dieser Modellansatz in der Lage, Blasengrößenverteilungen zu berechnen. Mit den nötigen Anpassungen der Siedekeimdichte zeigt der Vergleich zwischen gemessenen und berechneten Werten (s. Bild 2) die Genauigkeit des Modellansatzes.



Literatur

  • W. Ding, E. Krepper, U. Hampel
    A Mechanistic model to predict the bubble departure in pool and forced convection boiling considering the sublayer.
    ISACC, Shenzhen, China (2015)
  • W. Ding, E. Krepper, U. Hampel
    Prediction of the bubble departure in pool and forced convection boiling considering the sublayer: a sub model of CFD approaches.
    ICMF, Italia (2016)
  • E. Krepper and W. Ding
    Review of Subcooled Boiling Flow Models
    Handbook of Multiphase Flow Science and Technology, Yeoh G.H. (Ed.), Springer Singapore (2017), DOI: 10.1007/978-981-4585-86-6
  • D. Sarker, R. Franz, W. Ding, U. Hampel
    Single bubble dynamics during subcooled nucleate boiling on a vertical heater surface: An experimental analysis of the effects of surface characteristics.
    International Journal of Heat and Mass Transfer 109:907-921, (2017) DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.02.017

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