Abstract

A transient film boiling model was developed to study the film boiling dynamics that would occur when a molten, spherical fuel droplet is immersed in a coolant. The focus of this study was to investigate the effects of noncondensable gas, coolant temperature and ambient pressure on film boiling during the initial growth phase. These parameters were found to have the greatest influence on the triggering of the small scale fuel-coolant interactions. The results indicate that the film generally stabilizes with more noncondensable gas present and higher coolant temperatures. Our calculations indicate that small ambient pressurizations cause violent fluctuation of the film pressure while higher ambient pressures suppress these oscillations. These results are in good agreement with Nelson's experimental data for a single fuel droplet in water.

Résumé

Un modele d'ébullition en film est développé pour étudier la dynamique de l'ébullition en film qui se produit lorsqu'une gouttelette de combustible sphérique est entourée d'un réfrigérant. Le point central de l'étude est de dégager l'effet de gaz incondensable, de la température du réfrigérant et de la pression ambiante sur l'ébullition pendant la phase initiale. Les résultats montrent que généralement le film se stabilise quand augmentent la présence d'incondensable et la température du réfrigérant. D'aprés les calculs, une faible pressurisation de l'ambiance cause une fluctuation violente sur la pression du film, tandis que des pressions ambiantes plus élevées suppriment ces oscillations. Ces résultats sont en bon accord avec les données expérimentales de Nelson pour une gouttelette de combustible dans l'eau.

Zusammenfassung

Ein instationäres Filmsiedemodell wurde entwickelt, urn die Dynamik des Filmsiedens zu untersuchen, die auftreten würde, wenn ein geschmolzener kugelförmiger Brennstofftropfen in ein Kühlmittel fällt. Das Ziel dieser Studie war es, die Einflüsse von nicht kondensierbaren Gasen, Kühlmitteltemperatur und Umgebungsdruck wahrend der anfänglichen Wachstumsphase zu untersuchen. Es stellte sich heraus, daβ diese Parameter den gröβten Einfluβ auf den Auslösemechanismus der Brennstoff-Kühlmittel Wechselwirkungen im Kleinen haben. Die Ergebnisse zeigen, daβ sich der Film grundsätzlich bei Anwesenheit von mehr nichtkondensierbarem Gas und bei höheren Kühlmitteltemperaturen stabilisiert. Unsere Berechnungen zeigen, daβ kleine Umgebungsdrücke starke Schwankungen des Filmdruckes verursachen, während höhere Umgebungsdrücke diese Schwingungen unterdrücken. Diese Ergebnisse stimmen gut mit den experimentellen Da ten von Nelson für einen Brennstofftropfen in Wasser überein.

Реферат

Moдeль пepeчoдиoгo плeнoчнoгo кипeния paзpaбoтaнa для изyчeния динaмики плeнoчнoгo кипeния, имeющeгo мecтo в cлyчaяч, кoгдa pacплaвлeннaя cфepичecкaя чacтицa тoпливa пoгpyжeнa в oчлaдитeль. Цeль paбoты—иccлeдoвaниe влияния нeкoндeнcиpyющeгocя гaзa, тeмпepaтypы oчлaдитeля и дaвлeния oкpyжaющeй cpeды нa плeнoчнoe кипeниe в нaчaльный пepиoд pocтa фaзы. Haйдeнo, чтo эти пapaмeтpы oкaзывaют нaибoльщee влияниe нa вoзникиoвeниe мeлткoмacштaбны взaимoдeиcтвий тoпливooчлaдитeль. Peзyльтaты пoкaзывaют, чтo плeнкa в ocнoвнoм cтaбилизиpyeтcя в пpиcyтcтвии нeкoидeнcиpyющeгocя гaзa и пpи бoльшич тeмпepaтypaч oчлaдитeля. Из pacчeтoв виднo, чтo нeбoльщиe пoвышeиия дaвлeния oкpyжaющeй cpeдя вызывaют cильныe флyктyaпии дaвлeния плeнки. в тo вpeмя кaк бoльшиe дaвлeния oкpyжaющeй cpeды пoдaвляют эти кoлeбaния. Peзyльтaты чopoшo coглacyютcя c экcпepимeитaльньми дaнными Heльcoнa длй oдниoчнoй кaпли тoпливa в вoдe.