Calculation of void volume fraction in the subcooled and quality boiling regionsCalcul de la fraction volumique de vides dans les regions d'ebullition sous-refroidie et de qualiteBerechnung des dampfvolumenanteils im bereich des unterkühlten siedens und beim sieden im qualitätsbereichtPacчeт кoнцeнтpaции пapa нpи кинeнии в oблacти нeдoгpeвa и пepeгpeвa

https://doi.org/10.1016/0017-9310(70)90114-6Get rights and content

Abstract

The complex problem of void calculation in the different regions of flow boiling is divided in two parts.

The first part includes only the description of the mechanisms and the calculation of the rates of heat transfer for vapour and liquid. It is assumed that heat is removed by vapour generation, heating of the liquid that replaces the detached bubbles, and in some parts, by single phase heat transfer. By considering the rate of vapour condensation in liquid, an equation for the differential changes in the true steam quality throughout the boiling regions is obtained. Integration of this equation yields the vapour weight fraction at any position.

The second part of the problem concerns the determination of the void fractions corresponding to the calculated steam qualities. For this purpose we use the derivations of Zuber and Findlay {9}.

This model is compared with data from different geometries including small rectangular channels and large rod bundles. The data covered pressures from 19 to 138 bars, heat fluxes from 18 to 120 W/cm2 with many different subcoolings and mass velocities. The agreement is generally very good.

Résumé

Le problème complexe du calcul des vides, dans les différentes régions de l'écoulement dû à l'ébullition est divisé en deux parties.

La première partie comprend seulement la description des mécanismes et la calcul des vitesses de transport de chaleur pour la vapeur et le liquide. On suppose que la chaleur est enlevée par la production de vapeur, le chauffage du liquide qui remplace les bulles détachées, et en certains endroits, par le transport de chaleur monophasique. En considérant la vitesse de condensation de la vapeur en liquide, on obtient une équation pour les changements différentiels dans la vraie qualité de vapeur d'un bout à l'autre des régions d'ébullition. L'intégration de cette équation fournit la fraction pondérale de la vapeur à n'importe quelle position.

La seconde partie du problème concerne la détermination des fractions de vide correspondant aux qualités de vapeur calculées. Dans ce but, nous employons les dérivations de Zuber et Findlay {9}.

Ce modèle est comparé avec les résultats de différentes géométries y compris les petits canaux rectangulaires et les grands faisceaux de barres. Les résultats englobent les pressions de 19 à 138 bars, les flux de chaleur de 18 à 120 W/cm2 avec beaucoup de sousrefroidissements différents et de vitesses massiques. L'accord est généralement très bon.

Zusammenfassung

Das verwickelte Problem der Berechnung des Dampfvolumenanteils in den verschiedenen Bereichen des Siedens wird in zwei Abschnitte unterteilt.

Der erste Teil schliesst nur die Beschreibung der Mechanismen und die Berechnung des Wärmeüberganges für Dampf und Flüssigkeit ein. Es wird angenommen, dass die Wärme durch die Erzeugung von Dampf, Auflösung der Flüssigkeit, welche die angelösten Blasen ersetzt, und in einigen Fällen durch Einphasen-Wärmeübergang wegtransportiert wird. Durch Betrachtung der in der Flüssigkeit kondensierenden Dampfmengen erhält man eine Gleichung für die differentiellen Änderungen der tatsächlichen Dampfqualität innerhalb der Siedebereiche. Die Integration dieser Gleichung ergibt den Dampfgewichtsanteil für jede Position.

Der zweite Teil des Problems führt zur Bestimmung der den Dampfqualitäten entsprechenden Dampfvolumenanteilen. Zu diesem Zweck wurden Ableitungen von Zuber und Findlay {9}verwendet.

Dieses Modell wird mit Messdaten für verschiedene Geometrien, einschliesslich schmaler rechteckiger Kanäle und umfangreicher Stabbündel, verglichen. Die Daten überdecken eine Messbereich für Drücke von 19 bis 138 bar, Heizflächenbelastungen von 18 bis 120 W/cm2 sowie viele verschiedene Unterkühlungen und Mengenstromdichten. Die Übereinstimmung ist im allgemeinen sehr gut.

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