Nucleate boiling inside small evaporating droplets: An experimental and numerical study

تبخیر و جوش قطرات بر روی سطوح گرم به طور گسترده ای در بسیاری از کاربردهای صنعتی دخیل هستند. در این کار، ویژگی های تغییر فاز داخل قطرات کوچک در رژیم جوش هسته ای به صورت تجربی و عددی مورد مطالعه قرار می گیرند. بسته به سطح آزاد قطره، دینامیک حباب در قطره تبخیر کوچک به طور تجربی در نظر گرفته شده است که به شدت متفاوت از آنچه در گرمایش استخر دیده می شود. بعد از اینکه قطره در سطح گرم قرار می گیرد، حباب های هسته ای بلافاصله بر روی پایین قطره تولید می کنند و سپس سریع رشد می کنند و به حباب های بزرگ تقسیم می شوند. با این حال، بر خلاف جوشاندن استیل، هنگامی که حباب ها به یک اندازه خاص رشد می کنند، رشد آنها متوقف می شود و همیشه به سطح گرم متصل می شوند تا قطره به یک فیلم مایع ناپیوسته تبخیر می شود، بعدا حباب ها شروع به کاهش، فروپاشی و در نهایت با توجه به اثرات محدود می شوند ناشی از سطح آزاد فیلم نازک است. با چنین دینامیکی حباب، نرخ انتقال حرارت در مرحله ابتلای اولیه اولیه حباب و آخرین مرحله تبخیر فیلم نازک تقریبا چهار برابر بزرگتر از مرحله حباب باثبات است. یک مدل عددی برای درک مکانیسمهای جوش محدود با جزئیات جریان و دما پیشنهاد شده است. نتایج نشان می دهد که جوش محدود شده را می توان به رقابت با تجمع تبخیر و یا جریان های جابجایی ناشی از کنسانتره مارنگونی در داخل قطرات اشاره کرد. پایین حباب در حالی که میعانات بالا هنگامی که بالا آن وارد منطقه قطره قطره؛ بنابراین، حباب به نظر می رسد که رشد می کند. جریان جت به علت جریان مارانگونی بیشتر باعث افزایش رشد حباب شده توسط پمپاژ مایعات خنک از بالای قطره به سطح حباب می شود. برای سطوح هیدروفوب، اثر مارانگونی بر دینامیک حباب در داخل قطره تبخیر غالب است. برای سطح هیدروفولی، مساله تبخیر تبخیر غلظت پویایی حباب در داخل قطره تبخیر شده است.