Journée SFT Condensation 23 mars 2006 Instabilités et transition de régime en condensation convective en minitube Laboratoire dEnergétique Université Paul Sabatier 118 route de Narbonne Toulouse Cedex FRANCE Ulrich Soupremanien Pascal Lavieille Marc Miscevic 1 Polytech Marseille I.U.S.T.I. Tehnopôle de château Gombert 5, rue Enrico Fermi Marseille Cedex 13 Lounès TadristBéatrice Médéric

Thermostated bath Circuit for the syringe filling Syringe pump Liebig tube Outlet tank Evaporator Cold water loop Thermostated bath Hot water loop Differential pressure sensor mini-tube switches 2 Material and methods Round cross section tube: D=560 µm Journée SFT Condensation 23 mars 2006

3 Flow visualisation Annular regime G c =6.88 kg/m² s G 6.88 kg/m² s Annular zone followed by a bubbly zone Vapor Tube wall Vapor Identification of the flow regimes Flow direction T w =10 °C Liquid Journée SFT Condensation 23 mars 2006

4 Phase distribution invariance property Without bubbles With bubbles Mean temporal void fraction profiles Homothetic nature of the condensation flows Journée SFT Condensation 23 mars 2006

5 Heat and mass transfer laws Discontinuity due to the flow regime transition Low heat transfers in the bubbly zone Journée SFT Condensation 23 mars 2006

6 Low mass fluxes Journée SFT Condensation 23 mars 2006 Acquisition rate: 4000 fps Experimental observations

7 Low mass fluxes Journée SFT Condensation 23 mars 2006 Stationary wave liquid vapourT sat T ext h ext z R R0R0 One dimensional steady state modelling adimensionnement

8 Low mass fluxes Journée SFT Condensation 23 mars 2006 Energy balance Momentum balance Laplace equation Heat transfer coeff. Mathematical formulation

9 Low mass fluxes Journée SFT Condensation 23 mars 2006 Preliminary numerical results

11 Highest mass fluxes Preliminary analysis of the mechanisms 1/3 Dispersion equation: (without phase change) Influence of both inertial and surface tension effects Journée SFT Condensation 23 mars 2006

12 Preliminary analysis of the mechanisms 2/3 confinement and/or phase change effects Journée SFT Condensation 23 mars 2006 Highest mass fluxes

13 Preliminary analysis of the mechanisms 3/3 Models of confinement and condensation effects under progress Journée SFT Condensation 23 mars 2006 Highest mass fluxes g = g 0 e t

14 Journée SFT Condensation 23 mars 2006 Conclusions - perspectives Phase distribution experimentally determined - homothetic behavior Poor heat transfers in the bubbly zone Regime transition linked to the waves amplification Preliminary results given by steady state modelling for transition regime prediction Experimental analyses of non stationary waves to be continued (linear stability not appropriated) Transient modelling under progress

Géométrie choisie : Premières observations : effets conductifs au sein du substrat perturbent le fonctionnement chauffage perpendiculaire à la zone capillaire : risque de désamorçage Représentation schématique de la géométrie de la micro-boucle modélisée. 14 Boucle miniaturisée: modélisation Journée SFT Condensation 23 mars 2006

Hypothèses : Représentation schématique de la position des différents nœuds solides et fluides Conduction dans la paroi + transport du flux dans le fluide simulés à partir dune approche nodale. 15 Boucle miniaturisée: modélisation Journée SFT Condensation 23 mars 2006

Profils de température dans le fluide et dans la paroi X en m T en °C Ligne vapeurLigne liquideCondenseur Zone capillaire + zone de chauffe paroi fluide zone de condensation flux de chaleur appliqué 16 Boucle miniaturisée: résultats numériques Journée SFT Condensation 23 mars 2006

Zone capillaire + zone de chauffe Ailettes Ligne liquide Ligne vapeur Flux convectif Temperature °C Paroi solide Champ de température de la surface déchange avec la source froide. 17 Boucle miniaturisée: résultats numériques Journée SFT Condensation 23 mars 2006

18 Application: capillary pumped loop Experimental setup under progress 1 cm Journée SFT Condensation 23 mars 2006