شبیه سازی آموزشی رشد حباب در فرآیند جوشش استخری نانو سیالات با فلوئنت

این پروژه یک فرآیند انتقال حرارت و به صورت دو فازی میباشد.  هدف تشکیل حباب در فرایند جوشش استخری و شبیه سازی رشد حباب آن در نرم افزار است. 

هر گاه دمای جسمی که در داخل مایع غوطه ور است مانند جداره یک ظرف از دمای اشباع سیال مرتبط با آن بیشتر باشد پدیده جوشش استخری مشاهده می‌شود. فرایند جوشش باتشکیل حباب‌های بخار مشخص می‌گردد، که این حباب‌ها بعد از رشد متوالی از سطح گرم جدا می‌شوند. رشد حباب‌ها بطور پیچیده‌ای به دمای اضافی، جنس سطح، خواص ترمودینامیکی سیال و کشش سطحی بستگی دارد. از طرفی نحوه تشکیل بخار و جوشش در سطح نیز بر انتقال حرارت مؤثر می‌باشد.^[۲] برای اولین بار نوکیاما با استفاده از وسیله آزمایشگاهی رژیم‌های مختلف جوشش استخری را تشخیص داد. شدت جریان حرارت از سیم نیکرومی افقی به آب اشباع، توسط اندازه‌گیری شدت جریانI و افت پتانسیل V تعیین می‌گردد. دمای سیم را نیز می‌توان با داشتن اطلاعاتی در مورد نحوه تغییر مقاومت الکتریکی با دما، بدست آورد. این آزمایش گرمایش با کنترل توان نام دارد، که در آن دمای سیم TW (بنابراین دمای اضافی (Te یک متغیر وابسته بوده وتوان (بنابراین شدت جریان حرارت ( q یک متغیر مستقل می‌باشد. با دنبال کردن پیکان‌های منحنی گرمایش روشن است که با اعمال توان، شدت جریان حرارت همراه دمای اضافی افزایش پیدا می‌کند، که روند افزایش ابتدا آرام و سپس بسیار سریع است.

نوکیاما مشاهده نمود که جوشش همچنانکه از حضور حباب‌ها معلوم است تا زمانیکه Te = ۵ (درجه سانتیگراد) نشده است شروع نمی‌شود. با افزایش توان شدت جریان حرارت ناگهان افزایش قابل ملاحظه‌ای یافته و به ازای اندکی بیش از مقدار ماکزیمم qmax دمای سیم به نقطه ذوب نزدیک شده و منجر به پارگی سیم می‌شود. نوکیاما با تکرار آزمایش با سیم پلاتینی که نقطه ذوب بالاتری داشت، توانست شدت جریان حرارت را بالاتر از مقدار ماکزیمم نگه دارد، بی‌آنکه پارگی سیم اتفاق افتد. وقتی او تدریجاً توان را کاهش داد، تغییر q با Te از منحنی سرمایش پیروی نموده و هنگامی که شدت حرارت به مقدار می نیمم qmin رسید، در این صورت کاهش توان باعث افت ناگهانی دمای اضافی شده و فرایند طبق منحنی اصلی گرمایش تا نقطه اشباع ادامه می‌یابد.

نوکیاما اعتقاد داشت که این اثر هیسترزیس در نتیجه روش کنترل دما در گرمایش می‌باشد، که در آن Te متغیر وابسته است. وی همچنین به این نتیجه رسید که با استفاده از یک فرایند گرمایش که بتوان در آن Te را مستقیماًکنترل نمود قسمت خط چین منحنی قابل حصول خواهد بود. فرضیه وی توسط دروDerw و مولر (Mueller بدین صورت دنبال شد، آن‌ها با تقطیر بخار در یک لوله با فشارهای مختلف توانستند مقدار Te را برای جوشش در سطح خارجی لوله کنترل نموده و قسمت خط چین منحنی را بدست آورند.