Dryout stability and inception at low flow rates

• Published in: International journal of heat and mass transfer 1991, Vol.34 (2), p.473-481
• Main Authors: Duffey, R.B., Hughes, E.D.
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Convective and constrained heat transfer; Exact sciences and technology; flux; Fundamental areas of phenomenology (including applications); Heat transfer; laminar flow; Physics; turbulent flow
• ISSN: 0017-9310; 1879-2189
• DOI: 10.1016/0017-9310(91)90266-H

A theoretical model for the heat flux required to maintain a stable hot patch on a heated surface cooled by a falling liquid film is developed. The theoretical model is based on an existing analytical solution of the two-dimensional heat equation with boundary conditions supplied by heat transfer coefficient correlations appropriate to the fluid conditions at the hot dry patch and at the wet region from the patch. Using physically reasonable correlation forms for the dry patch and wet region heat transfer coefficients, the heat flux is expressed as a function of the liquid film Reynolds number. Existing experimental data were compiled, collected, and used to obtain the correlating lines. The data cover the one-dimensional (low Biot number) region, and indicate that laminar and turbulent liquid film conditions occur. Corresponding correlating equations are obtained from the analytical results. For laminar flow, the dryout heat flux is q d = 0.27 Re 0.5, and for turbulent flow q d = 0.017 Re 0.9, with an uncertainty of the order of ± 50%. On développe un modèle théorique du flux thermique nécessaire pour maintenir une structure stable sur une surface chaude refoidie par un film tombant liquide. Le modèle théorique est basé sur une solution analytique de l'équation bidimensionnelle de la chaleur avec des conditions aux limites thermiques appropriées aux conditions hydrodynamiques sur la zone chaude sèche et sur la zone mouillée. En utilisant des formes raisonnables physiquement pour les coefficients de transfert thermique, le flux de chaleur est exprimé en fonction du nombre de Reynolds du film liquide. On collecte les données expérimentales existantes; elles couvrent la région monodimensionnelle (faible nombre de Biot) et elles indiquent que se réalisent les conditions de film laminaire et turbulent. On obtient des formules pour les résultats analytiques. Pour l'écoulement laminaire, le flux thermique d'assèchement est q d = 0.27 Re 0.5 et pour l'écoulement turbulent q d = 0.017 Re 0.9, avec une incertitude de l'ordre de ± 50%. Dryout stability and inception at low flow rates Es wird ein theoretisches Modell zur Berechnung der Wärmestromdichte entwickelt, welche für die stabile Aufrechterhaltung einer Trockenstelle an einer berieselten Heizfläche erforderlich ist. Das theoretische Modell baut auf einer bestehenden analytischen Lösung der zweidimensionalen Wärmeleitgleichung auf. Als Randbedingungen werden Korrelationen für den Wärmeübergang angesetzt, die de