Экспериментальное исследование характеристик одиночного пузыря и развитие модели кипения сильно недогретой до температуры насыщения жидкости

Кипение недогретой жидкости является одной из наиболее эффективных технологий отвода экстремальных тепловых потоков и широко используется в атомной энергетике, металлургии, силовой электронике и ряде других областей современной техники. Имеется достаточно широкий массив данных по теплоотдаче, гидравлическому сопротивлению, критическим тепловым потокам в этих условиях. Имеется ряд работ, в которых исследовались такие характеристики процесса, как диаметр пузырьков, частота и устойчивость работы центров парообразования, эволюция паровых пузырей во времени, продолжительность их жизни. Существенный вклад в изучение деталей механизма внесли работы ОИВТ РАН, выполненные по предшествующим грантам РФФИ № 14-08-00740а и № 17-08-00163а. Имеется ряд феноменологических моделей процесса, среди которых наиболее корректной и эффективной представляется модель Снайдера-Берглеса, согласно которой паровые пузыри функционируют как своего рода микротепловые трубы. Эта модель также требует некоторой детализации и корректировки как в части количественных характеристик (например, эволюция пузырей во времени), так и качественного описания явления (картина ”схлопывания” пузыря, механизм отвода тепла от пузыря, образование ”термиков” и т.д.). В предлагаемом Проекте предполагается получить вышеуказанную недостающую информацию с помощью экспериментов с одиночным пузырем, формируемым в потоке (объеме) воды, недогретой до температуры насыщения, в результате локального сфокусированного лазерного нагрева теплоотдающей поверхности. В качестве основного инструмента исследований будет использована высокоскоростная (до 100 кГц) видеосъемка пузыря с разных направлений. Наши предварительные эксперименты с одиночным пузырем и сопоставление полученных результатов с параметрами ”среднестатистического” пузыря из представительной выборки пузырей, образующихся при кипении на поверхности нагрева большой площади, показали их приемлемую согласованность. То есть, предлагаемая методика, использующая одиночный пузырь, дает достаточно представительную картину.Результатом экспериментов будет существенное увеличение массива надежных опытных данных по характеристикам пузырей, в широком диапазоне значений плотностей теплового потока и недогревов, качественное улучшение, детализация и развитие феноменологической модели кипения недогретой жидкости Снайдера-Берглеса, разработка математического описания процесса. Полученная в результате работы по Проекту научная информация будет обладать несомненной научной новизной и иметь практическую значимость.