Influência da geometria do canal em tubos de calor pulsantes unidos por difusão

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Facin, Arthur Ronan
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/198983
Resumo: Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2018.
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O presente trabalho teve como objetivo projetar, construir, testar e analisar a influência de duas diferentes geometrias de canais de seções transversais (circular e quadrada) na performance térmica de dois tubos de calor pulsantes em placas planas, com dimensões gerais de 210 mm x 150 mm. Cada tubo de calor pulsante foi fabricado por meio do processo de união por difusão utilizando o forno disponível no Laboratório de Tubos de Calor (LABTUCAL) da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). Este novo processo de união substitui os processos de soldagem convencionais. A não utilização de um material de solda adicional e nem de fase líquida dos metais envolvidos (a temperatura de união corresponde de 50 a 80 % da temperatura de fusão do material) evita o entupimento dos pequenos canais internos, proporcionando um melhor controle da geometria dos canais. Cada protótipo testado possui dez canais paralelos com diâmetro hidráulico de 3,18 mm. Água destilada foi utilizada como fluido de trabalho. A influência de parâmetros como razão de enchimento, ângulo de inclinação e temperatura do condensador (banho térmico) foram estudados, empregando-se técnicas estatísticas de planejamento de experimentos (DOE). O desempenho térmico dos protótipos foi avaliado experimentalmente através da análise dos perfis de temperatura e da medição das resistências térmicas globais. O tubo de calor pulsante com seção transversal quadrada mostrou ser mais eficiente que o circular. Acredita-se que o efeito de capilaridade no fluido de trabalho, exercido pelos cantos retos dos canais de geometria quadrada ajudou o líquido a ser melhor distribuído dentro dos canais, aumentando o processo de evaporação e melhorando o start-up do sistema. As menores resistências térmicas foram observadas para ambos os dispositivos trabalhando na vertical, com a temperatura na parede do condensador de 40 °C. Um modelo matemático baseado na analogia com circuitos elétricos, foi proposto, para predizer o comportamento térmico global dos dispositivos.Abstract : Pulsating Heat Pipes (PHPs) are efficient heat transfer devices that operates due to the oscillating motion and phase change of the working fluid within capillary tubes/channels. Geometric aspects are important in the design and thermal performance of the device. The usual manufacturing process, that consists of bending capillary tubes in serpentine shapes, present limitations in controlling their internal and external geometry characteristics, including their radius of curvature. Besides, they are not very suitable to be applied to remove heat is planar flat surfaces. In the present work, PHP with two different cross section channels (circular and square) are designed, constructed and tested. The major objectives are to develop a new device fabrication procedure and to test the influence of two cross-section channel geometries (circular and square) on the thermal performance of two flat-plate pulsating heat pipes, with identical overall dimensions of 210 mm x 150 mm. Both flat-plate pulsating heat pipes are fabricated using the diffusion bonding process conducted using the furnace available at Laboratory of Heat Pipes (LABTUCAL) of Federal University of Santa Catarina (UFSC). In the proposed bonding procedure, the temperature of the plates to be bonded is increased to around 50 to 80% of the material melting point, so that no liquid phase is observed, which avoids obstruction of small internal channels, providing better control of the channel geometry. The PHPs tested contain ten parallel channels of hydraulic diameter of 3,18 mm. Distilled water is used as the working fluid. The influence of parameters as filling ratio, inclination angle and condenser temperature (thermal bath) are studied, using statistical design of experiments (DOE) technique. The thermal performance of the devices are evaluated through the theoretical and experimental analysis of the temperature profiles and of the global thermal resistance. The mathematical model developed is based on the analogy with electric circuits and is proposed to predict the overall thermal behavior of the studied devices. The pulsating heat pipe with square cross-section showed to be quite more efficient than the circular one. It is believed that the capillarity effects over the working fluid exerted by the corners of the square geometry channels helped the liquid to be better distributed over the channels, increasing the evaporating processes and improving the start-up of the system. The lower thermal resistances (best performance) are observed for both devices working in vertical position and condenser temperature of 40 °C.145 p.| il., gráfs., tabs.porEngenharia mecânicaTubos de calorInfluência da geometria do canal em tubos de calor pulsantes unidos por difusãoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALPEMC1891-D.pdfPEMC1891-D.pdfapplication/pdf4051061https://repositorio.ufsc.br/bitstream/123456789/198983/-1/PEMC1891-D.pdf830a85b993c046ac96e95a5ee0343034MD5-1123456789/1989832019-07-25 09:25:42.413oai:repositorio.ufsc.br:123456789/198983Repositório de PublicaçõesPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732019-07-25T12:25:42Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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