Étude théorique et expérimentale de la croissance d'une bulle de vapeur au sein d'un liquide surchauffé à pression variable ou constante

Abstract

La croissance d'une bulle de vapeur à partir d’un noyau artificiel formé de gaz et/ou de vapeur, est observée dans trois liquides surchauffés différents (eau, 1-butanol et cyclohexanol) durant une période de temps variant entre 3 et 15 millisecondes à l'aide de la cinématographie ultra-rapide (5000-6000 photos par seconde). Des surchauffes variables de l’ordre de 5 à 30 C sont obtenues en soumettant le liquide expérimental à une chute de pression de sorte que la pression finale au sein du liquide se stabilise à une valeur inférieure à la pression de saturation correspondant à la température initiale de ce liquide. Afin de prédire le comportement dynamique complet d'une bulle de vapeur en croissance au sein d'un liquide incompressible, pur, surchauffé et soumis à une pression ambiante variable, un modèle mathématique a été établi en considérant les principales hypothèses et approximations utilisées par la plupart des auteurs et les équations fonda­ mentales de la mécanique des fluides et de la thermodynamique. De plus ce modèle tient compte du noyau initial de gaz et/ou de vapeur, de la viscosité du liquide, des changements d'énergie interne et du travail effectué par la vapeur et le gaz. Les résultats expérimentaux du rayon de la bulle en croissance sont comparés aux prédictions théoriques calculées à partir du modèle mathématique proposé. Que la surchauffe soit variable ou constante, il existe une bonne concordance entre ces prédictions théoriques et les données expérimentales.