On the Vapor Film Destabilization Mechanism during Unsteady Film Boiling

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

We present new experimental data on the cooling of nickel and duralumin spheres in subcooled water and ethanol, along with a review of our comprehensive experimental investigations from 2015 to 2022. The hypothesis on the vapor film destabilization mechanism during unsteady cooling of high-temperature bodies is elucidated. Additionally, new correlations are proposed for estimating the temperature head at the cessation of film boiling in both saturated and subcooled liquids. The derived equations are validated against an extensive body of proprietary experimental data as well as data from other researchers, exhibiting strong qualitative and quantitative agreement with experimental outcomes.

作者简介

P. Kanin

National Research University Moscow Power Engineering Institute

Email: kaninpk@mpei.ru
111250, Moscow, Russia

V. Yagov

National Research University Moscow Power Engineering Institute

Email: kaninpk@mpei.ru
111250, Moscow, Russia

A. Zabirov

National Research University Moscow Power Engineering Institute; Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences; Scientific and Technical Center for Nuclear and Radiation Safety

Email: kaninpk@mpei.ru
111250, Moscow, Russia; 125412, Moscow, Russia; 107140, Moscow, Russia

I. Molotova

National Research University Moscow Power Engineering Institute; Scientific and Technical Center for Nuclear and Radiation Safety

Email: kaninpk@mpei.ru
111250, Moscow, Russia; 107140, Moscow, Russia

M. Vinogradov

National Research University Moscow Power Engineering Institute

Email: kaninpk@mpei.ru
111250, Moscow, Russia

V. Ryazantsev

National Research University Moscow Power Engineering Institute

编辑信件的主要联系方式.
Email: kaninpk@mpei.ru
111250, Moscow, Russia

参考

  1. Мелихов В.И., Мелихов О.И., Якуш С.Е. Термическое взаимодействие высокотемпературных расплавов с жидкостями // ТВТ. 2022. Т. 60. № 2. С. 280.
  2. Зейгарник Ю.А., Ивочкин Ю.П., Кубриков К.Г., Тепляков И.О. Механизмы дробления перегретых жидкометаллических капель, погруженных в холодную воду // ВАНТ. Сер. Ядерно-реакторные константы. 2018. № 5. С. 63.
  3. Zvirin Y., Hewitt G.R., Kenning D.B.R. Boiling on Free-Falling Spheres: Drag and Heat Transfer Coefficients // Exp. Heat Transfer. 1990. V. 3. № 3. P. 185.
  4. Hsu S.-H., Ho Y.-H., Wang J.-C., Pan C. On the Formation of Vapor Film During Quenching in De-ionized Water and Elimination of Film Boiling During Quenching in Natural Sea Water // Int. J. Heat Mass Transfer. 2015. V. 86. P. 65.
  5. Specht E. Heat and Mass Transfer in Thermoprocessing: Fundamentals, Calculations, Processes. Essen: Vulkan, 2017. 487 p.
  6. Kim A.K., Lee Y. A Correlation of Rewetting Temperature // Lett. Heat Mass Transfer. 1979. V. 6. № 2. P. 117.
  7. Shigefumi N. Prediction Technique for Minimum-Heat-Flux (MHF)-point Condition of Saturated Pool Boiling // Int. J. Heat Mass Transfer. 1987. V. 30. № 10. P. 2045.
  8. Berenson P.J. Film-boiling Heat Transfer from a Horizontal Surface // Int. J. Heat Mass Transfer. 1961. V. 83. № 3. P. 351.
  9. Henry R.E. A Correlation for the Minimum Film Boiling Temperature // AIChE Sym. Series. 1974. V. 70. № 138. P. 81.
  10. Segev A., Bankoff S.G. The Role of Adsorption in Determining the Minimum Film Boiling Temperature // Int. J. Heat Mass Transfer. 1980. V. 23. № 5. P. 637.
  11. Olek S., Zvirin Y., Elias S. The Relation between the Rewetting Temperature and the Liquid–Solid Contact An-gle // Int. J. Heat Mass Transfer. 1988. V. 31. № 4. P. 898.
  12. Bernardin J.D., Mudawar I. The Leidenfrost Point: Experimental Study and Assessment of Existing Models // J. Heat Transfer. 1999. V. 121. № 4. P. 894.
  13. Zavbirov A.R., Yagov V.V., Ryazantsev V.A., Molotova I.A., Vinogradov M.M. Decrease of Leidenfrost Temperature at Quenching in Subcooled Liquids // J. Phys. Conf. Ser. 2021. V. 2116. № 1. P. 012010.
  14. Ягов В.В., Забиров А.Р., Канин П.К., Денисов М.А. Теплообмен при пленочном кипении недогретой жидкости: новые опытные результаты и расчетные уравнения // ИФЖ. 2017. Т. 90. № 2. С. 287.
  15. Molotova I., Zabirov A., Yagov V., Vinogradov M., Kanin P., Molotov I., Antonov N. Influence of Coolant and Material Properties on Cooling High-Temperature Steel Spheres in Subcooled Ethanol–Water Mixtures // Int. J. Therm. Sci. 2022. V. 179. P. 107659.
  16. Дедов А.В., Забиров А.Р., Слива А.П., Федорович С.Д., Ягов В.В. Влияние углеродистого покрытия поверхности на теплообмен при нестационарном пленочном кипении // ТВТ. 2019. Т. 57. № 1. С. 72.
  17. Kang J.-Y., Kim T.K., Lee G.C., Kim M.H., Park H.S. Quenching of Candidate Materials for Accident Tolerant Fuel-cladding in LWRs // Ann. Nucl. Energy. 2018. V. 112. P. 794.
  18. Wang Z., Zhong M., Deng J., Liu Y., Huang H., Zhang Y., Xiong J. Experimental Investigation on the Transient Film Boiling Heat Transfer During Quenching of FeCrAl // Ann. Nucl. Energy. 2021. V. 150. P. 107842.
  19. Terrani K.A. Accident Tolerant Fuel Cladding Development: Promise, Status, and Challenges // J. Nucl. Mater. 2018. V. 501. P. 13.
  20. Yagov V.V., Zabirov A.R., Kanin P.K. Heat Transfer at Cooling High-Temperature Bodies in Subcooled Liquids // Int. J. Heat Mass Transfer. 2018. V. 126(A). P. 823.
  21. Жилин В.Г., Зейгарник Ю.А., Ивочкин Ю.П., Оксман А.А., Белов К.И. Экспериментальное исследование характеристик взрывного вскипания недогретой воды на горячей поверхности при смене режимов кипения // ТВТ. 2009. Т. 47. № 6. С. 891.
  22. Yagov V.V. Generic Features and Puzzles of Nucleate Boiling // Int. J. Heat Mass Transfer. 2009. V. 52. № 21–22. P. 5241.
  23. Капица П.Л. Волновое течение тонких слоев вязкой жидкости // ЖЭТФ. 1948. Т. 18. № 1. С. 3.
  24. Синкевич О.А. Паровая пленка на плоской горячей вертикальной поверхности // ТВТ. 2021. Т. 59. № 1. С. 86.
  25. Yagov V.V., Leksin M.A., Zabirov A.R., Denisov M.A. Film Boiling of Subcooled Liquids. Part II: Steady Regimes of Subcooled Liquids Film Boiling // Int. J. Heat Mass Transfer. 2016. V. 100. P. 918.
  26. Witte L.C., Lienhard J.H. On the Existence of Two “Transition” Boiling Curves // Int. J. Heat Mass Transfer. 1982. V. 25. № 6. P. 771.
  27. Takeuchi H., Ohtake H., Ueno M., Washida H., Hasegawa K. Boiling Heat Transfer Characteristics and Film Boiling Collapse Temperature Through the Two-dimensional Temperature Field Measurement: Examination of Condition in High Liquid Subcooling Condition // 24th Int. Conf. on Nuclear Engineering. Conf. Proc. 2016. V. 5. P. V005T15A046.
  28. Kikuchi Y., Takeshi E., Itaru M. Measurement of Liquid-Solid Contact in Film Boiling // Int. J. Heat Mass Transfer. 1992. V. 35. № 6. P. 1589.
  29. Yeom H., Jo H., Johnson G., Sridharan K., Corradini M. Transient Pool Boiling Heat Transfer of Oxidized and Roughened Zircaloy-4 Surfaces During Water Quenching // Int. J. Heat Mass Transfer. 2018. V. 120. P. 435.
  30. Jo H.J., Yeom H., Yoon D.S., Duarte J.P., Corradini M.L. Minimum Heat Flux (MHF) Behavior with Different Surface Characteristics Including Structured Surfaces and Different Surface Energies // Int. J. Heat Mass Transfer. 2018. V. 127(A). P. 414.
  31. Bradfield W.S. Solid–Liquid Contact in Stable Film Boiling // Ind. Eng. Chem. Fundamen. 1966. V. 5. № 2. P. 200.
  32. Baumeister K.J., Henry R.E., Simon F.F. Role of the Surface in the Measurement of the Leidenfrost Temperature // Spec. Session on Augmentation of Convective Heat and Mass Transfer of the Am. Soc. of Mech. Engr. Winter Ann. Meeting, 1970.
  33. Hurley P., Duarte J.P. Implementation of Fiber Optic Temperature Sensors in Quenching Heat Transfer Analysis // Appl. Therm. Eng. 2021. V. 195. P. 117257.
  34. Eustathopoulos N., Nicholas M.G., Drevet B. Wettability at High Temperatures. Series / Ed. Cahn R.W. Kidlington: Elsevier Sci. Ltd., 1999. 439 p.
  35. Fan L.W., Li J.Q., Su Y.Y., Wang H.L., Ji T., Yu Z.T. Subcooled Pool Film Boiling Heat Transfer from Spheres with Superhydrophobic Surfaces: An Experimental Study // J. Heat Transfer. 2016. V. 138. № 2. P. 021503.
  36. Kang J.-Y., Lee G.C., Kim M.H., Moriyama K., Park H.S. Subcooled Water Quenching on a Super-Hydrophilic Surface under Atmospheric Pressure // Int. J. Heat Mass Transfer. 2018. V. 117. P. 538.
  37. Павленко А.Н., Цой А.Н., Суртаев А.С., Кузнецов Д.В., Сердюков В.С. Влияние низкотеплопроводного покрытия на динамику повторного смачивания перегретой пластины стекающей пленкой жидкости // ТВТ. 2016. Т. 54. № 3. С. 393.
  38. Molotova I.A., Zabirov A.R., Yagov V.V., Terentyev E.V., Antonov N.N., Molotov I.M., Tumarkin A.V., Kharkov M.M. Effect of High-Temperature Oxidation on the Surface Properties as Applied to Quenching of High-Temperature Bodies // J. Phys. Conf. Ser. 2021. V. 2039. № 1. P. 012024.
  39. Yagov V.V., Minko K.B., Zabirov A.R. Two Distinctly Different Modes of Cooling High-Temperature Bodies in Subcooled Liquids // Int. J. Heat Mass Transfer. 2021. V. 167. P. 120838.
  40. Ebrahim S.A., Chang S., Cheung F.B., Bajorek S.M. Parametric Investigation of Film Boiling Heat Transfer on the Quenching of Vertical Rods in Water Pool // Appl. Therm. Eng. 2018. V. 140. P. 139.
  41. Freud R., Harari R., Sher E. Collapsing Criteria for Vapor Film Around Solid Spheres as a Fundamental Stage Leading to Vapor Explosion // Nucl. Eng. Des. 2009. V. 239. № 4. P. 722.
  42. Jouhara H., Axcell B.P. Film Boiling Heat Transfer and Vapour Film Collapse on Spheres, Cylinders and Plane Surfaces // Nucl. Eng. Des. 2009. V. 239. № 10. P. 1885.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
2.

下载 (57KB)
3.

下载 (69KB)
4.

下载 (43KB)
5.

下载 (63KB)
6.

下载 (79KB)

版权所有 © П.К. Канин, В.В. Ягов, А.Р. Забиров, И.А. Молотова, М.М. Виноградов, В.А. Рязанцев, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».