A new, optical measuring technique for the determination of the vapour film thickness during film boiling

摘要

A non-contact measuring technique was developed and tested to determine the thickness of a vapour film during film boiling. The technique is based on the different optical properties of vapour and water admixed with a fluorescent substance. Pictures were taken of the surroundings of the vapour film using a long-distance microscope of high resolving power and a TV-camera; they were recorded with a video recorder. The pictures were evaluated using methods of digital image processing and by application of a model for the intensity distribution of fluorescence-radiation. The technique was tested on a steel sphere heated to 690 deg C and subsequently immersed into warm water of 55 deg C. The thickness of the vapour film directly after immersion was determined at 0.20 mm. The thickness decreased continuously during the cooling process and reached a thickness of 0.11 mm after 20 s, immediately before the collapse of the vapour film. The surface temperature of the steel sphere immediately before the collapse was about 420 deg C. The thicknesses of the vapour film calculated with a simple theoretical model were found to be about 50 percent smaller than those measured.%Zur Bestimmung der Dampffilmdicke beim stabilen Filmsieden wurde ein beruhrungsloses Messverfahren entwickelt und erprobt. Das Verfahren beruht auf den unterschiedlichen optischen Eigenschaften von Dampf und Wasser, dem ein fluoreszierender Stoff in geringer Konzentration zugemischt wurde. Bei dem Verfahren werden Bilder aus der Umgebung des Dampffilms mit einem hochauflosenden Mikroskop-Spiegelobjektiv und einer Fernsehkamera erzeugt und mit einem Videorecorder gespeichert. Die Auswertung der Bilder erfolgt anhand der digitalen Bildverarbeitung und unter Verwendung eines Modells fur die Intensitatsverteilung der Fluoreszenzstrahlung. Das Verfahren wurde an einer auf 690 deg C erhitzten und dann in erwarmtes Wasser (55 deg C) getauchten Stahlkugel erprobt. Die Dicke des Dampffilms unmittelbar nach dem Eintauchen ergab sich zu 0.20 mm. Sie verringerte sich mit der Zeit und betrug nach 20 s, unmittelbar vor dem Zusammenbruch des Dampffilms bei einer Oberflachentemperatur der Kugel von etwa 420 deg C, noch 0.11 mm. Zum Vergleich wurde ein einfaches, durch Warmeubergangsmessungen an Kugeln uberpruftes theoretisches Modell herangezogen. Die berechneten Dampffilmdicken fielen um etwa 50 percent kleiner aus als die gemessenen.