Transfert de chaleur lors d’impact d’une goutte sur une surface chaude texturée
Le refroidissement par spray est une méthode efficace de gestion thermique, mais son étude est complexe en raison des interactions entre la dynamique des gouttes et l’ébullition du liquide. La quantification précise du transfert de chaleur est cruciale pour mieux comprendre ces phénomènes. Bien que des aspects comme le temps de contact et l’étalement aient été étudiés, le transfert de chaleur associé à l’impact d’une goutte dans les régimes d’ébullition reste mal compris, en particulier l’influence des propriétés de surface sur l’étalement, la nucléation et la croissance des bulles.
Cette étude analyse le transfert de chaleur lors de l’impact d’une goutte d’eau sur une surface chauffée à l’aide de thermographie infrarouge et d’imagerie ombroscopique rapide. Un substrat de saphir est recouvert d’une fine couche de TiAlN ( 2 μ\mum) obtenue par PVD, avec une émissivité élevée. Une caméra infrarouge rapide (Telops M1K) mesure la température de la surface impactée à travers le saphir. Une méthode analytique basée sur les séries de Fourier et le modèle de quadripôle thermique permet de reconstruire le flux de chaleur en conservant une haute résolution spatiale et temporelle (2000 ips). Une correction est appliquée pour compenser la semi-transparence du saphir.
Une étude paramétrique faisant varier la vitesse d’impact (We 30-140), la température (80-300∘^{\circ}C) et le type de surface : hydrophile (CA<15∘^{\circ}) ou hydrophobe ( 85∘^{\circ}). Les résultats montrent que la mouillabilité influence significativement l’étalement des gouttes et le transfert thermique. Sur les surfaces hydrophiles, les gouttes s’étalent davantage, tandis que les surfaces hydrophobes favorisent une nucléation intense, avec plus de bulles et de zones sèches. Ces différences créent des distributions spatiales et temporelles distinctes du flux. À 250∘^{\circ}C, ces variations diminuent car les bulles se coalisent rapidement, entraînant un séchage accéléré et un temps de contact réduit dans les deux cas avec une thermosurréactivité.
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