Investigação experimental do mecanismo de transferência de calor em ebulição nucleada.

• Autor(a) principal: Ribeiro, Rogério
• Data de Publicação: 1998
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3132/tde-31072024-114621/
• topic: Ebulição nucleada; Heat transfer; Nucleate boiling; Transferência de calor

O objetivo principal deste trabalho é o estudo dos mecanismos de transferência de calor devido à produção de bolhas em ebulição nucleada. Neste regime de ebulição é conhecido apenas o fluxo de calor total, quando estão presentes todos os mecanismos de transferência de calor. Desta maneira, para poder estudar apenas aqueles mecanismos associados ao crescimento da bolha é necessário eliminar a parcela de convecção natural que está presente quando se realizam medições com superfíces extensas. Para atingir este objetivo foram produzidas bolhas de vapor isoladas com freqüência e diâmetro de ruptura praticamente constantes em experiência de ebulição nucleada a pressões subatmosféricas. O termo bolhas isoladas significa que havia apenas um sítio de nucleação ativo sobre a superfície de aquecimento. As bolhas foram produzidas sobre uma superfície de aço-inox, a qual foi aquecida apenas em uma região com área aproximadamente igual à área projetada da bolha no momento do deslocamento. Esta configuração visava à eliminação da convecção natural. Desta maneira o fluxo de calor fornecido à superfície pode ser diretamente associado aos mecanismos de transferência de calor fornecido à superfície ao líquido devido aos processos de nucleação, crescimento de bolha e ruptura. As bolhas isoladas foram identificadas nas curvas de ebulição (coeficiente de transferência de calor vs. fluxo de calor). Equações de correlação da literatura para ebuliçãonucleada subestimaram os coeficientes de transferência de calor medidos. Isto ocorre provavelmente porque estas correlações consideram todos os modos de transferência de calor sobre superfícies extensas, enquanto que para os resultados deste trabalho a convecção natural foi eliminada, sendo a evaporação e a microconvecção os principais modos responsáveis pelos fluxos de calor medidos. A relação entre o fluxo de calor fornecido e a temperatura de superaquecimento da superfície para as ) bolhas isoladas com freqüência e diâmetro de ruptura constantes ocorreu de maneira aproximadamente linearmente proporcional, comportamento este que é bem distinto do observado para este tipo de resultados em ebulição nucleada. Assim, foi introduzida uma teoria sobre a atividade dos sítios de nucleação que permitiu explicar qualitativamente o fenômeno observado. Curvas de crescimento características (raio da bolha vs. intervalo de crescimento) para as bolhas isoladas e os respectivos diâmetros de ruptura são apresentados e comparados a teoria obtidas da literatura. Observou-se que o ângulo de contato na base da bolha tem uma relação direta com as taxas de produção de vapor, o que muito provavelmente indica que o fluxo de calor para as bolhas ocorre principalmente na região bem localizada da linha de contato triplo sólido-líquido-vapor. Considerando um processo de condução de calor em regime transitório, que estaria ocorrendo no intervalo de espera, juntamente com a energia transferida pelo vapor presente nas bolhas, calculou-se valores para os fluxos de calor, os quais mostraram boa concordância com os resultados medidos.