Измерение профилей температур вблизи межфазной границы жидкость–газ при испарении воды и этанола в воздух

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Работа посвящена экспериментальному исследованию температурного поля двухслойной системы жидкость–газ при нормальном атмосферном давлении для осесимметричной конфигурации. Измерения температур проведены для тонкого слоя воды и этанола толщиной около 2 мм при локальном нагреве и испарении в воздух с использованием микротермопары с плоским корольком толщиной около 3 мкм, двигающейся поперек слоев с шагом 48 нм. Фторопластовая кювета с жидкостью диаметром 35 мм и с нагревателем (диаметр – 1.6 мм) в центре располагалась внутри бокса размером 800 × 500 × 350 мм3, так что испарение происходило в воздух с контролируемой температурой и влажностью. Получена эволюция профиля температуры вблизи межфазной границы жидкость–воздух при увеличении температуры нагревателя до 88°C. В зависимости от условий окружающей среды и типа жидкости температура в газовой фазе вблизи межфазной границы может быть выше или ниже, чем температура жидкости. Показано, что для летучей жидкости (этанола) профиль температуры совершенно другой, чем для нелетучей жидкости. А именно, температура в газовой фазе вблизи границы раздела жидкость–газ выше, чем в жидкости на границе раздела во всем рассмотренном диапазоне температур, что объясняется конвективным течением в этаноле.

Об авторах

Е. Я. Гатапова

Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН; Новосибирский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: gatapova@itp.nsc.ru
Россия, Новосибирск; Россия, Новосибирск

Список литературы

  1. Kandlikar S.G., Colin S., Peles Y., Garimella S., Pease R.F., Brandner J.J., Tuckerman D.B. Heat Transfer in Microchannels ⎯ 2012 Status and Research Needs // J. Heat Transfer. 2013. V. 135. № 9. P. 091001-1.
  2. Чернышева М.А., Майданик Ю.Ф. Моделирование тепломассопереноса в цилиндрическом испарителе контурной тепловой трубы с прямоугольным интерфейсом // ТВТ. 2021. Т. 59. № 3. С. 362.
  3. Васильев Н.В., Зейграник Ю.А., Ходаков К.А., Вавилов С.Н. Паровые агломераты и сухие пятна как предвестники кризиса кипения недогретой жидкости в канале // ТВТ. 2021. Т. 59. № 3. С. 373.
  4. Володин О.А., Печеркин Н.И., Павленко А.Н. Интенсификация теплообмена при кипении и испарении жидкостей на модифицированных поверхностях // ТВТ. 2021. Т. 59. № 2. С. 280.
  5. Shankar P.N., Deshpande M.D. On the Temperature Distribution in Liquid–Vapor Phase Change between Plane Liquid Surfaces // Phys. Fluids A: Fluid Dynamics. 1990. V. 2. № 6. P. 1030.
  6. Fang G., Ward C.A. Temperature Measured Close to the Interface of an Evaporating Liquid // Phys. Rev. E. 1999. V. 59. № 1. P. 417.
  7. Duan F., Ward C.A., Badam V.K., Durst F. Role of Molecular Phonons and Interfacial-temperature Discontinuities in Water Evaporation // Phys. Rev. E. 2008. V. 78. № 4. P. 041130.
  8. Kazemi M.A., Ward C.A. Contribution of Thermocapillary Convection to Liquid Evaporation // Int. J. Heat Mass Transfer. 2021. V. 164. P. 120400.
  9. Gatapova E.Ya., Graur I.A., Kabov O.A., Aniskin V.M., Filipenko M.A., Sharipov F., Tadrist L. The Temperature Jump at Water–Air Interface During Evaporation // Int. J. Heat Mass Transfer. 2017. V. 104. P. 800.
  10. Labuntsov D.A., Kryukov A.P. Analysis of Intensive Evaporation and Condensation // Int. J. Heat Mass Transfer. 1979. V. 22. P. 989.
  11. Graur I.A., Gatapova E.Ya., Moritz W., Batueva M.A. Non-equilibrium Evaporation: 1D benchmark Problem for Single Gas // Int. J. Heat Mass Transfer. 2021. V. 181. 121997.
  12. Zhakhovsky V.V., Kryukov A.P., Levashov V.Y., Shishkova I.N., Anisimov S.I. Mass and Heat Transfer between Evaporation and Condensation Surfaces: Atomistic Simulation and Solution of Boltzmann Kinetic Equation // Proc. National Academy of Sciences of the United States of America. 2019. V. 116(37). P. 18209.
  13. Гатапова Е.Я., Филипенко Р.А., Люлин Ю.В., Граур И.А., Марчук И.В., Кабов О.А. Экспериментальное исследование температурного поля в двухслойной системе жидкость–газ // Теплофизика и аэромеханика. 2015. Т. 22. № 6. С. 729.
  14. Gatapova E.Ya., Filipenko M.A., Aniskin V.M., Kabov O.A. A Contact Method for Simultaneous Measuring the Liquid Film Thickness and Temperature // Interfacial Phenom. Heat Transfer. 2018. V. 6. № 3. P. 187.
  15. Yarushev N.A. Theoretical Basis of Non-stationary Temperature Measurement. Л.: Энepгoaтoмиздaт, 1990.
  16. Nanigian J. Eliminate Temperature Errors Caused by Conduction // Adv. Mater. Process. 1994. V. 146. № 6. P. 66.
  17. Attia M.H., Kops L. Distortion in Thermal Field around Inserted Thermocouples in Experimental Interfacial Studies. Part II. Effect of the Heat Flow Through the Thermocouple // J. Eng. Industry. 1988. V. 110. № 1. P. 7.

Дополнительные файлы


© Е.Я. Гатапова, 2023