Nucleate pool boiling experiments with constant wall temperature were performed using pure R1l3 for subcooled, saturated, and superheated pool conditions. A microscale heater array and Wheatstone bridge circuits were used to maintain the constant wall temperature and to measure the instantaneous heat flow rate accurately with high temporal and spatial resolutions. Images of bubble growth were taken at 5,000 frames per second using a high-speed CCD camera synchronized with the heat flow rate measurements. The bubble geometry was obtained from the captured bubble images. The effect of the pool conditions on the bubble growth behavior was analyzed using dimensionless parameters for the initial and thermal growth regions. The effect of the pool conditions on the heat flow rate behavior was also examined. This study will provide good experimental data with precise constant wall temperature boundary condition for such works.
The present study is an experimental investigation of nucleate boiling heat transfer mechanism in pool boiling from wire heaters immersed in saturated FC-72 coolant and water. The vapor volume flow rate departing from a wire during nucleate boiling was determined by measuring the volume of bubbles, varying $25{\mu}m,\;75{\mu}m,\;and\;390{\mu}m$, from a wire utilizing the consecutive-photo method. The effects of the wire size on heat transfer mechanism during a nucleate boiling were investigated by measuring vapor volume flow rate and the frequency of bubbles departing from a wire immersed in saturated FC-72. One wire diameter of $390{\mu}m$ was selected and tested in saturated water to investigate the fluid effect on the nucleate boiling heat transfer mechanism. Results of the study showed that an increase in nucleate boiling heat transfer coefficients with reductions in wire diameter was related to the decreased latent heat contribution. The latent heat contribution of boiling heat transfer for the water test was found to be higher than that of FC-72. The frequency of departing bubbles was correlated as a function of bubble diameters.
To understand EHD nucleate boiling heat transfer enhancement, EHD effects on R-113 nucleate boiling heat transfer in a non-uniform electric field were investigated. The pool boiling heat transfer and the dynamic behavior of bubbles in d.c./a.c. electric fields under a saturated or subcooled boiling were studied by using a plate-wire electrode and a high speed camera. From the pool boiling heat transfer study, the shift of the pool boiling curve, the increase of the heat transfer and the delay of ONB and CHF points to higher heat fluxes were observed. From the dynamic behavior of bubbles, it was observed that bubbles departed away from the whole surface of the heated wire in radial direction due to EHD effects by a nonuniform electric field. With increasing applied voltages, the bubble size decreased and the active nucleation site and the departure number of bubbles showed the different trend. The present study indicates that the EHD nucleate boiling heat transfer is closely connection with the dynamic behavior of bubbles and the secondary flow induced near the heated surface. Therefore, the basic studies on the bubble behavior such as bubble frequency, bubble diameter, bubble velocity and flow characteristics are necessary for complete understanding of the enhancement mechanism of the boiling heat transfer using an electric field.
Nucleate pool boiling experiments with constant heat flux condition were performed using pure R113 for various channel heights under saturated pool condition. A circular heater of 1mm diameter, with artificial cavity in the center, fabricated using MEMS technique and the high-speed controller were used to maintain the constant heat flux. Images of bubble growth were taken at 5,000 frames per second using a high-speed CCD camera. The bubble geometry was obtained from the captured bubble images. The effects of channel height on the bubble growth behaviors were analyzed as dimensional scales for the initial and thermal growth regions. The parameters for the bubble growth behaviors were bubble radius, bubble growth rate, and bubble shapes. These phenomena require further analysis for various surface angles, but this study will provide good experimental data with constant heat flux boundary condition for such works.
Nucleate pool boiling experiments with constant heat flux condition were performed using pure R11 and R113 for various surface angles under saturated pool condition. A circular heater of 1 mm diameter, with artificial cavity in the center, fabricated using MEMS technique and the high-speed controller were used to maintain the constant heat flux. Images of bubble growth were taken at 5,000 frames per second using a high-speed CCD camera. The bubble geometry was obtained from the captured bubble images. The effects of surface angles on the bubble growth behaviors were analyzed as dimensional scales for the initial and thermal growth regions. The parameters for the bubble growth behaviors were bubble radius, bubble growth rate, sliding velocity, bubble shape and advancing and receding contact angles. These phenomena require further analysis for various surface angles, but this study will provide good experimental data with constant heat flux boundary condition for such works.
Nucleate boiling experiments on heating surface of constant wall temperature were performed using R113 for almost saturated pool boiling conditions. A microscale heater array and Wheatstone bridge circuits were used to maintain a constant wall temperature condition of heating surface and to measure the heat flow rate with high temporal and spatial resolutions. Bubble images during the bubble growth were taken as 5000 frames per second using a high-speed CCD camera synchronized with the heat flow rate measurements. The bubble growth behavior was analyzed using the new dimensionless parameters for each growth regions to permit comparisons with previous experimental results at the same scale. We found that the new dimensionless parameters can describe the whole growth region as initial and later (thermal) respectively. The comparisons showed good agreement in the initial and thermal growth regions. In the initial growth region including surface tension controlled, transition and inertia controlled regions as divided by Robinson and Judd, the bubble growth rate showed that the bubble radius was proportional to $t^{2/3}$ regardless of working fluids and heating conditions. And in the thermal growth region as also called asymptotic region, the bubble showed a growth rate that was proportional to $t^{1/5}$, also. Those growth rates were slower than the growth rates proposed in previous analytical analyses. The required heat flow rate for the volume change of the observed bubble was estimated to be larger than the heat flow rate measured at the wall. Heat, which is different from the instantaneous heat supplied through the heating wall, can be estimated as being transferred through the interface between bubble and liquid even with saturated pool condition. This phenomenon under a saturated pool condition needs to be analyzed and the data from this study can supply the good experimental data with the precise boundary condition (constant wall temperature).
Saturated nucleate pool boiling experiments for binary mixtures, which are consisted of refrigerant R11 and R113, were performed with constant wall temperature condition. Results for binary mixtures were also compared with pure fluids. A microscale heater array and Wheatstone bridge circuits were used to maintain the constant temperature of the heating surface and to obtain heat flow rate measurements with high temporal and spatial resolutions. Bubble growth images were captured using a high speed CCD camera synchronized with the heat flow rate measurements. The departure time for binary mixtures was longer than that for pure fluids, and binary mixtures had a higher onset of nucleate boiling (ONB) temperature than pure fluids. In the asymptotic growth region, the bubble growth rate was proportional to a value between $t^{\frac{1}{6}}$ and $t^{\frac{1}{4}}$. The bubble growth behavior was analyzed to permit comparisons with binary mixtures and pure fluids at the same scale using dimensionless parameters. There was no discernable difference in the bubble growth behavior between binary mixtures and pure fluids for a given ONB temperature. And the departure radius and time were well predicted within a ${\pm}30{\%}$ error. The minimum heat transfer coefficient of binary mixtures occurred near the maximum ${\mid}y-x{\mid}$ value, and the average required heat flux during bubble growth did not depend on the mass fraction of R11 as more volatile component in binary mixtures. Finally, the results showed that for binary mixtures, a higher ONB temperature had the greatest effect on reducing the heat transfer coefficient.
In order to investigate the effects of an electric field on EHD(Electro-hydrodynamic) nucleate boiling hat transfer characteristics in a nonuniform electric field under saturated pool boiling, the basic study has been performed experimentally. In the present study, the working fluid is R-113 and the plate-wire electrode system is used to generate a steep electric field gradient. Boiling parameters are investigated by using a high speed camera. The electric field distribution around a wire is obtained to understand the effect of an electric field on bubble departure/movement. The experimental results show EHD effects are much more considerable when the applied voltage increases. Bubbles depart away from the heated wire in radial direction. It is confirmed that the mechanisms of EHD nucleate boiling are closely connected with the dynamic behavior of bubbles. The boiling parameters are significantly changed by the electric field strength. With increasing applied voltages, the bubble size decreases and the nucleation site density, bubble velocity and bubble frequency increase.
Nucleate boiling experiments with constant wall temperature of heating surface were performed using R113 for almost saturated pool boiling conditions. A microscale heater array and Wheatstone bridge circuits were used to maintain a constant wall temperature condition and to measure the heat flow rate with high temporal and spatial resolutions. Bubble images during the bubble growth were taken as 5000 frames a sec using a high-speed CCD camera synchronized with the heat flow rate measurements. The geometry of the bubble during growth time could be obtained from the captured bubble images. The bubble growth behavior was analyzed using the new dimensionless parameters for each growth regions to permit comparisons with previous results at the same scale. We found that the new dimensionless parameters can describe the whole growth region as initial and later respectively. The comparisons showed good agreement in the initial and thermal growth regions. The required heat flow rate for the volume change of the observed bubble was estimated to be larger than the instantaneous heat flow rate measured at the wall. Heat, which is different from the instantaneous heat supplied through the heating wall, can be estimated as being transferred through the interface between bubble and liquid even with saturated pool conditions. This phenomenon under a saturated pool condition needs to be analyzed and the data from this study can supply the good experimental data with the precise boundary condition (constant wall temperature).
Nucleate pool boiling of water in vertical annuli at atmospheric pressure has been studied experimentally and two empirical correlations have been suggested to obtain effects of geometric parameters on heat transfer. Data of the present and the previous tests range over a tube length of 0.50-0.57 m, a diameter of 16.5-34.0 mm, and an annular gap size of 3.7-44.3 mm. Through the analysis, tube bottom confinement (open or closed) has been investigated, as well. The developed correlations predict experimental data within a ${\pm}25%$ error bound. It has been identified that effects of the diameter and the length of heated tubes as well as the annular gap size should be counted into the analyses to estimate heat transfer coefficients accurately.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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