معرفی پدیده و دمای لیدنفراست

دمای لیدنفراست

Leidenfrost Temperature

دمای لیدنفراست (Leidenfrost Temperature) که با نام جوش فیلم نیز شناخته می‌شود، دمایی است که در آن دما یک مایع در نقطه‌ای قرار گیرد که بسیار بالاتر از نقطه جوش آن مایع است. در این هنگام لایه‌ای از بخار مایع دور مایع را فرا می‌گیرد و به علت پایین بودن رسانایی گرمایی گاز، مایع از جوشش سریع حفاظت می‌شود. این پدیده معمولاً در پخت‌وپز دیده می‌شود. اگر دمای ماهی‌تابه بیشتر از نقطه لایدن‌فراست، که تقریباً ۱۹۳ درجه سانتیگراد (۳۷۹ درجه فارنهایت) برای آب است، باشد این پدیده رخ می‌دهد. این پدیده همچنین عامل حرکت سریع (و عدم تبخیر سریع) نیتروژن مایع هنگام ریختن روی زمین است. از این پدیده نیز جهت انجام کارهای محیرالعقول مثلاً دست زدن با انگشت خیس به سرب مذاب به کار می‌رود.

دمای لیدنفراست

در فیلم دیواره لاگرانژی (LWF) معادله سرعت تبخیر فیلم دیواره (معادله 288 برای مدل کنترل انتشار، معادله 294 برای مدل کنترل شده با همرفت-انتشار و معادلات 300 و 301 برای لایه مرزی فیلم) فرض می‌کند که فیلم مایع در تماس کامل با دیواره است. هنگامیکه دمای فیلم دیواره به نقطه جوش می‌رسد، میزان جوشش محاسبه می‌شود. با این حال همچنان فرض بر اینست که فیلم مایع سطح دیواره را کاملا پوشانده است.

معادلا نرخ جوشش مدل LWF (معادله 295 برای دیواره‌های با دمای ثابت و 296 برای دیواره‌های با شار حرارتی ثابت) یک وابستگی خطی بین نرخ جوشش و دمای دیواره را ارائه می‌دهد. به هر صورت پدیده جوشش فیلم مایع بسیار پیچیده‌تر از این حرف‌هاست و نرخ انتقال گرما از دیواره به فیلم از یک رابطه خطی مبتنی بر افزایش اختلاف دمای بین دیواره و فیلم تبعیت نمی‌کند. این انحراف بخاطر ایجاد و بسط پاکت‌های بخار بین دیواره داغ و فیلم جوشان است که تأثیر مستقیمی روی انتقال گرما و ویژگی‌های هیدرودینامیکی فرآیند جوشش فیلم دارد. شرایط محدود کننده‌ای که در آن لایه بخار بطور کامل دیواره گرم را پپوشاند، به عنوان نقطه لیدنفراست شناخته می‌شود.

نرم افزار Fluent از توانایی شبیه‌سازی پدیده‌هایی نظیر جوشش سطح در مدل‌های چند فازی و بویژه در مدل‌های جوشش دیواره برخوردار است. با این حال لازم است در مدل LWF پیش بینی نقطه لیدنفراست برای ارزیابی کفایت LWF و جلوگیری از تحصیل نتایج غیر فیزیکی به درستی صورت پذیرد.

دمای لیدنفراست (Leidenfrost Temperature)

  • محدود کننده پیش‌فرض دمای دیوار

در نرم افزار Fluent یک محدوده پیش‌فرض برای دمای دیواره، TW_lim، وجود دارد که از مجموع نقطه جوشش فیلم دیواره Tboil و اختلاف دمای بین دمای دیواره و فیلم مایع، ΔT، محاسبه می‌شود (رابطه 227). طبق پیش‌فرض مقدار  ΔT برابر با 50 K می‌باشد.

  • ریپورت دمای لیدنفراست

طی محاسبات مدل LWF، نرم افزار Fluent دمای لیدنفراست را محاسبه کرده و با دمای دیواره مقایسه می‌کند. اگر دمای دیواره بیشتر از دمای لیدنفراست باشد، این نرم افزار پیغام خطا می‌دهد. باید توجه داشت که محاسبه نقطه لیدنفراست تنها به منظور آگاهی بوده و برای محدود کردن دمای دیواره به کار نمی‌رود. برای سطوح هم‌دما، دمای لیدنفراست، Tleid.iso، می‌تواند بصورت تابعی از دمای بحرانی مایع، Tcrit، و تنش سطحی مایع، σ، تخمین زده شود (معادله 228). آخرین ترم این معادله معرف یک رابطه برای اثرات تنش سطحی مایع جامد می‌باشد. با دانستن Tleid.iso و خصوصیات انتقال گرما از سطح جامد دما، دمای Tleid می‌تواند با استفاده از رابطه (229) محسابه شود.

معادلات مربوط به دمای لیدنفراست

در روابط فوق

ρ: چگالی جامد (Kg/m3

A: عدد اتمی جامد،

Tf: دمای فیلم دیواره (K)،

erfc: تابع خطای مکمل (Complementary Error Function)،

k: هدایت گرمایی جامد (W/m-K) و

Cp: ظرفیت گرمایی جامد (J/Kg-K) می‌باشند.

دمای لیدنفراست
دمای لیدنفراست
دمای لیدنفراست
دمای لیدنفراست
دمای لیدنفراست

بازگشت

مطالب مرتبط

اندرکنش قطره و دیواره در زمان برخورد

معادلات بقاء برای ذرات فیلم-دیواره

برای کسب اطلاعات بیشتر با ما تماس بگیرید

محمدرضا کلیچ

Ansys Fluent

https://www.thermal-engineering.org/what-is-leidenfrost-effect-leidenfrost-point-definition