F ASE SPERIMENTALE 4

Avvalendosi dei risultati della terza fase sperimentale si è deciso di restringere il campo di indagine delle esperienze successive. Innanzitutto, noti ormai i vincoli ed i comportamenti caratteristici dell’apparato sperimentale, è stato sostituito l’elemento scaldante danneggiato con uno nuovo tarato. La lastra impiegata da questa fase sperimentale in poi è la n°3.

Il sistema di acquisizione è stato ricollegato e la tensione massima tra gli elettrodi immersi nella vasca è stata limitata a 13,9kV per salvaguardare lo strumento di misura. Come detto tensioni anche inferiori a questa sono sufficienti per distinguere gli effetti del getto EHD sull’ebollizione. La distanza tra gli elettrodi è sempre stata imposta a 8mm.

In questa fase sperimentale sono state nuovamente costruite le curve di ebollizione. Ogni punto riportato sulle curve è stato ottenuto in condizioni di misura stazionarie, ovvero è stato imposto il flusso termico sulla lastra e la temperatura del fluido nella cella è stata regolata grazie allo scambiatore di calore. Per ogni misura è stato necessario trovare l’equilibrio tra la potenza termica immessa dal riscaldatore, quella immessa o dispersa attraverso le pareti e quella immessa o sottratta dallo scambiatore.

Una volta trovato l’equilibrio sono state acquisite tutte le grandezze di interesse per circa 90s, per un totale di oltre 200 misure ogni volta.

149 Si riporta un quadro riassuntivo della fase sperimentale.

FASE SPERIMENTALE 4 Tipo di esperienza

Costruzione delle curve di ebollizione a potenza crescente e presa immagini dei

regimi fluidodinamici. Acquisizione discontinua dei dati.

Esperienze in pool boiling Si

Esperienze con getto EHD Si

Grandezze misurate Tutte (paragrafo 6.1)

Strumento utilizzato Keithley 2700 Tab. 7.7 Tabella riassuntiva della fase sperimentale 4

HV [kV] z [mm] Sottoraffreddamento [K] - (Ja) 0 - 0 - (0) 40 - (0,42) -11,1 8 0 - (0) 40 - (0,42) -13,9 8 0 - (0) 40 - (0,42) +11,1 8 0 - (0) 40 - (0,42) +13,9 8 0 - (0) 40 - (0,42)

HV: Differenza di potenziale tra gli elettrodi; z: Distanza fra gli elettrodi; Ja: Numero di Jakob Tab.7.8 Matrice di prova della fase sperimentale 4

Risultati e visualizzazioni – ebollizione satura

150 In accordo con quanto trovato nella fase sperimentale precedente il getto con elettrodo a polarità negativa è più efficace nell’abbassare la temperatura della lastra a parità di flusso termico. Un altro aspetto che viene confermato è che il getto ha una netta influenza sullo scambio termico in convezione naturale, a flussi più bassi di quello di onset e nel primo tratto della curva di ebollizione nucleata. Una caratteristica non osservata con la piastra utilizzata nella fase precedente è l’overshoot di temperatura all’inizio dell’ebollizione. La presenza del getto influisce anche su questo aspetto, in quanto tende ad eliminare l’overshoot.

Anche in questa fase sperimentale è confermata la capacità del getto di ritardare l’onset dell’ebollizione a flussi più alti. È da notare il fatto che l’onset è definito in base alla capacità di visualizzare le prime bolle che si formano sulla superficie scaldante, quindi non è da escludere la presenza di bolle molto piccole anche prima che fosse possibile vederle ad occhio nudo o con la videocamera. Inoltre la presenza di incondensabili disciolti nel liquido, che non è stato degasato, ha un’influenza forte sull’inizio dell’ebollizione, ma non facile da valutare.

Nella figura seguente è riportata l’evoluzione del regime di ebollizione all’aumentare del flusso termico in pool boiling ed in presenza del getto con elettrodo emettitore alla tensione di -11,1kV. Si vede bene che oltre flussi termici di 4,07 W/cm2 la superficie è completamente ricoperta da getti di vapore anche in presenza del getto.

Pool boiling HV= -11,1 kV ; z=8mm q= 1,35 W/cm2 (onset) q= 1,35 W/cm2

151

152

Risultati e visualizzazioni – ebollizione sottoraffreddata

Fig. 7.18 Curve di ebollizione nel caso di liquido sottoraffreddato

Anche in questo caso il flusso termico massimo raggiunto è limitato dalla necessità di mantenere l’alto grado di sottoraffreddamento. Si nota un overshoot di temperatura in corrispondenza dell’onset nel caso di pool boiling e, ancora una volta, il getto tende ad eliminarlo. L’onset dell’ebollizione è ritardato dal getto con entrambe le polarità dell’elettrodo. Le differenze tra le due polarità sono meno marcate in questo caso, dato il flusso di vapore più modesto che riesce a risalire nel fluido prima di condensare.

Dalla fig. 7.18 sembra che la tendenza delle curve ottenute in presenza del getto sia quella di collassare sulla curva di pool boiling a flussi più alti di quelli raggiunti in questa fase, tuttavia non è possibile affermarlo con certezza. Questo comportamento è tipico dell’ebollizione sotto l’influenza di getti fluidodinamici [1,24,25].

Il fenomeno potrebbe non essere osservabile, immaginando di riuscire a mantenere il sottoraffreddamento anche a flussi maggiori, poiché si potrebbe andare incontro al CHF sulla periferia della lastra prima ancora che tutta la zona di ristagno del getto sia interessata dall’ebollizione. Anche in questo caso sono visualizzati i regimi di ebollizione a flusso crescente.

153

154

Fig. 7.19 Regimi di ebollizione a flusso termico crescente

7.4.1 Conclusioni sui risultati della fase 4

 Gli aspetti fondamentali notati nella fase sperimentale 3 sono confermati.

 A flussi termici inferiori all’onset dell’ebollizione il getto aumenta il coefficiente di scambio termico rispetto al caso della convezione naturale, infatti a parità di temperatura della lastra si registrano flussi decisamente più alti.

 Il getto EHD è in grado di traslare a temperature più basse le curve nella regione dell’ebollizione nucleata finché il flusso termico non raggiunge un livello tale per cui la zona di ristagno del getto è invasa dalla formazione di bolle di vapore.

 Nel caso di ebollizione sottoraffreddata la lastra non viene mai completamente ricoperta dalle bolle. Ciò avviene sicuramente grazie al getto, ma ci sono altri aspetti da considerare. Da un lato non è possibile spingersi a flussi termici più alti riuscendo a mantenere questo livello di sottoraffreddamento. Dall’altro il comportamento descritto nel caso saturo potrebbe non essere osservabile perché limitato dal CHF sulla periferia della lastra. Il CHF infatti potrebbe essere raggiunto mentre al centro della lastra non c’è ancora ebollizione quando il sottoraffreddamento è grande ed il getto è vigoroso.

155