Effect of surface configuration on nucleate boiling heat transfer

• Published in: International journal of heat and mass transfer Vol. 27; no. 9; pp. 1559 - 1571
• Main Authors: Kaneyasu, Nishikawa, Yasunobu, Fujita, Satoru, Uchida, Haruhiko, Ohta
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Oxford Elsevier Ltd 01.01.1984; Elsevier
• Subjects: Applied sciences; Energy; Energy. Thermal use of fuels; Exact sciences and technology; Fundamental areas of phenomenology (including applications); Heat transfer; Heat transfer in inhomogeneous media, in porous media, and through interfaces; Physics; Theoretical studies. Data and constants. Metering; Water; Heating surface; Volume boiling; Change of state; Nucleate boiling; Influence; Tilt; Copper; Experimental study; Heat transfer; Plate
• ISSN: 0017-9310; 1879-2189
• DOI: 10.1016/0017-9310(84)90268-0

To investigate in detail the effect of surface configuration on nucleate boiling heat transfer, the experiment of nucleate pool boiling of water at atmospheric pressure from a copper flat plate whose orientation is varied from 0° to 175° from the horizontal plane is performed. The effect of surface orientation is remarkable in the low heat flux region where the heat transfer coefficient increases as the inclination angle is increased. On the contrary there is no marked effect in the high heat flux region. To explain the observed effect of surface orientation for the surfaces facing downwards, two mechanisms of the sensible heat transport by compulsory removal of the thermal layer by the rising bubble and the latent heat transport by evaporation from thin liquid film underneath the rising bubble are proposed. The latter contribution becomes more predominant at large inclination angles. Pour étudier en détail l'effet de la configuration de la surface sur le transfert thermique par ebullition nucléée, on étudie l'ébullition de l'eau en réservoir, à la pression atmosphérique, sur une plaque plane de cuivre dont l'orientation est variable entre 0° et 175° par rapport à l'horizontale. L'effet de l'inclinaison est remarquable dans la région des faibles flux thermiques et il se traduit par l'augmentation du coefficient de transfert lorsque l'angle augmente. Au contraire il n'y a pas d'effet marqué dans la région des grands flux. Pour expliquer l'effet observé sur des surfaces orientées vers le bas, deux mécanismes sont proposés: le transfert de chaleur sensible par le déplacement de la couche thermique imposé par l'ascension des bulles et par le transfert de chaleur latente dû à l'évaporation du film liquide mince sous la bulle qui monte. La dernière contribution devient prédominante pour les grands angles d'inclinaison. Zur ausführlichen Untersuchung des Einflusses der Oberflächenanordnung auf den Wärmeübergang bei der Blasenverdampfung wurde ein Experiment für das Behältersieden bei Atmosphärendruck an einer ebenen Kupferplatte durchgeführt, deren Neigung von 0° bis 175° aus der Waagerechten variiert wurde. Der Einfluβ der Oberflächenneigung ist im Bereich niedriger Heizflächenbelastungen bemerkenswert, dabei nimmt der Wärmeübergang mit dem Neigungswinkel zu. Andererseits ist kein ausgeprägter Einfluβ im Bereich höherer Heizflächenbelastungen festzustellen. Zur Erklärung des beobachteten Einflusses der Oberflächenneigung bei abwärts gerichteten Oberflächen wurden zwei Mechanismen, des fühlbaren und des latenten Wärmetransports vorgeschlagen: die durch aufsteigende Blasen erzwungene Entfernung der thermischen Grenzschicht und der Transport latenter Wärme durch Verdampfung des dünnen Flüssigkeitsfilms unterhalb der aufsteigenden Blasen. Der letztere Beitrag wird bei groβen Neigungswinkeln dominierend. Для дeтaльнoгo иccлeдoвaния влияния пoлoжeния пoвepчнocти нa тeплoпepeнoc пpи пyзыpькoвoм кипeнии пpoвeдeны экcпepимeнты пo пyзыpькoвoмy кипeнию вoды в oткpытoм oбьeмe пpи aтмocфepнoм дaвлeнии нa мeднoй плocкoй плacтинe, пoмeщaeмoй пoд paзличными yглaми нaклoнa (oт 0 дo 175) к гopизoнтaльнoмy пoлoжeнию. Пoлoжeниe пoвepчнocти oкaзывaeт cyщecтвeннoe влияниe в oблacти низкич зиaчeний тeплoвoгo пoтoкa, в кoтopoй кoэффициeнт тeплoпepeнoca yвeличивaeтcя c pocтoм yглa нaклoиa. B oблacти жe выcoкич знaчeний тeплoвoгo пoтoкa зaмeтнoгo влияния нe нaблюдaeтcя. Для oбъяcиeния дaинoгo эффeктa нa пoвepчнocтяч, oбpaщeнныч лицeвoй cтopoнoй вниз, пpeллoжeнo двa мeчaнизмa пepeнoca тeплa: пepeнoc oтвoдoм тeплoвoгo cлoя пoднимaющимиcя пyзыpькaми и пepeиoc cкpытoй тeплoты иcпapeниeм из тoикoй жидкocтнoй плeнки пoд нoдннмaющимиcя пyзыpькaми. Пpи бoльщич yглaч нaклoнa вклaд втopoгo мeчaнизмa cтaнoвитcя дoминиpyющим.