F ASE SPERIMENTALE 5

La quinta è la fase sperimentale che conclude il presente lavoro. L’elemento scaldante utilizzato è il medesimo della fase precedente, ovvero la lastra n°3. Lo scopo di questa serie di esperienze è quello di costruire curve di ebollizione con più punti di misura rispetto al caso precedente per poterle studiare e confrontare più nel dettaglio. È stato possibile ottenere un passo breve tra un punto di misura ed un altro variando a gradino il flusso termico senza mai fermare l’acquisizione dei dati durante la costruzione dell’intera curva di ebollizione. Ad ogni gradino di potenza, cui corrisponde un punto di misura, il transitorio della temperatura della lastra si esaurisce nel giro di pochi secondi. Esso è molto rapido a causa al piccolo volume della piastra e agli alti coefficienti di scambio termico che si hanno grazie alla presenza del liquido, tanto più se in ebollizione. Il transitorio della temperatura media del fluido contenuto nella vasca è molto più lento e difficilmente controllabile di quello della lastra. All’aumentare della potenza termica immessa nel fluido dalla lastra è stata aumentata la potenza estratta dallo scambiatore di calore oppure è stata ridotta la sua potenza immessa, a seconda della temperatura da mantenere. Così facendo si è cercato di ridurre il più possibile i disturbi sulla temperatura media del fluido agendo anche con un controllo in avanti dettato dalla conoscenza del comportamento dell’apparato. Nonostante questo, una banda di variazione di circa 2-3°C della temperatura del fluido è stata inevitabile. Le curve di ebollizione sono dunque sporcate dal comportamento appena descritto, ma l’influenza di questo fattore dovrebbe essere piuttosto ridotta.

Le esperienze condotte sono le stesse della fase sperimentale 4, ma con lo studio di un livello di sottoraffreddamento in più e con una sola polarità dell’elettrodo, quella negativa. La nuova metodologia di costruzione delle curve di ebollizione permette di raccogliere molti più punti di misura perché si rinuncia al raggiungimento di una condizione stazionaria della temperatura media del fluido riducendo di molto i tempi. Accettando che la temperatura del fluido si discosti, anche se di poco, dal valore di set point, è possibile spingersi a flussi termici maggiori sulla lastra anche con il massimo grado di sottoraffreddamento.

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FASE SPERIMENTALE 5 Tipo di esperienza

Costruzione delle curve di ebollizione a potenza crescente e decrescente.

Acquisizione continua dei dati.

Esperienze in pool boiling Si

Esperienze con getto EHD Si

Grandezze misurate Tutte (paragrafo 6.1)

Strumento utilizzato Keithley 2700 Tab. 7.9 Tabella riassuntiva della fase sperimentale 5

Segue la matrice di prova. Tutte le curve di ebollizione sono state costruite sia in salita che in discesa, ovvero aumentando o diminuendo rispettivamente la potenza immessa nella lastra al trascorrere del tempo.

HV [kV] z [mm] Sottoraffreddamento [K] - (Ja)

0 - 0 - (0) 20 - (0,22) 40 - (0,42)

-11,1 8 0 - (0) 20 - (0,22) 40 - (0,42)

-13,9 8 0 - (0) 20 - (0,22) 40 - (0,42)

HV: Differenza di potenziale tra gli elettrodi; z: Distanza fra gli elettrodi; Ja: Numero di Jakob Tab.7.10 Matrice di prova della fase sperimentale 5

Confronto con la precedente fase sperimentale

157 Fig. 7.20b

È possibile osservare che l’accordo tra le curve ricavate nella fase sperimentale corrente e in quella precedente non è ottimo, specie per il caso saturo. Tuttavia gli scostamenti non sono tali da far credere che siano dovuti al metodo con cui sono state condotte le nuove esperienze. La curva di ebollizione è di per sé poco ripetibile e possono intervenire fattori quali l’invecchiamento della superficie scaldante da una prova all’altra.

A sostegno di questa ipotesi si riportano tre curve di ebollizione ottenute nelle stesse condizioni ma in giorni diversi e con diversi metodi di misura. Ci si riferisce al caso di pool boiling con il massimo grado di sottoraffreddamento. Viene di seguito riportata la curva di fig. 7.20b (blu con indicatori quadrati), ottenuta nella fase sperimentale 4 e si aggiungono altre due curve costruite nella fase 5, di cui una già mostrata, anch’essa in fig. 7.20b (curva blu con asterischi).

158 Fig. 7.21 Confronto tra curve costruite in giorni successivi

Risultati

Si riportano innanzitutto le singole curve ottenute a potenza crescente e a potenza decrescente per le varie tensioni e per i vari gradi di sottoraffreddamento.

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Fig. 7.23 Curve sottoraffreddate a vari livelli di intensità del getto

160 Si nota che tutte le curve presentano isteresi, tuttavia è molto meno accentuata in presenza del getto elettroidrodinamico. La freccia nera a destra di ogni riquadro delle figure indica l’inizio dell’ebollizione (come suggerito dalla sigla ONB) per le curve costruite a potenza crescente. La freccia sulla sinistra di ogni riquadro, priva di sigla, indica il flusso per cui l’ebollizione si è arrestata completamente nel caso delle curve costruite a potenza decrescente, dette in discesa.

Si nota che, eccezion fatta per la zona di onset, le curve in discesa ed in salita sono in accordo e tendono a coincidere. Il caso saturo è quello che presenta le curve più sporche. Nelle seguenti figure viene mostrato l’effetto del getto EHD sul pool boiling per i tre gradi di sottoraffreddamento indagati.

161 Fig. 7.25b

162 In accordo con quanto riscontrato nelle fasi precedenti il getto risulta essere sempre in grado di traslare le curve di ebollizione a temperature più basse e di aumentare lo scambio termico nel regime di convezione naturale. Inoltre è osservabile il ritardo dell’onset a flussi più alti che si ottiene con l’azione del getto. Anche in questo caso, quando l’ebollizione è satura, le curve collassano su quella di pool boiling oltre certi valori del flusso termico.