Estudo experimental da ebulição convectiva no interior de microcanais únicos sujeitos a aquecimento localizado com variações cíclicas do fluxo de calor

• Autor(a) principal: Aguiar, Gustavo Matana
• Data de Publicação: 2017
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18147/tde-14052024-092036/
• topic: aquecimento transiente; coeficiente de transferência de calor; ebulição convectiva; flow boiling; heat transfer coefficient; hotspot; hotspot; microcanais; microchannels; transient heating

A ebulição convectiva no interior de microcanais é um método promissor para o gerenciamento térmico de dispositivos que dissipam elevados fluxos de calor. Como requisitos adicionais, estes dispositivos comumente operam sob variações temporais do fluxo de calor e na presença de hotspots (regiões de elevada dissipação de calor), e.g. CPUs e painéis fotovoltaicos de alta concentração. Até o presente momento, um número crescente de estudos, porém limitado, explorou as consequências da presença de hotspots na eficiência da remoção de calor durante a ebulição convectiva no interior de microcanais. O número de estudos abrangendo o aquecimento transiente durante a ebulição convectiva no interior de microcanais é ainda mais escasso. Dentro deste contexto, o presente estudo envolve a investigação experimental do comportamento transiente do grau de superaquecimento da parede e do coeficiente de transferência de calor em um hotspot sujeito a pulsos de calor durante a ebulição convectiva. Ensaios foram realizados para o fluido R 134a a temperatura de saturação de 31 DC no interior de tubos circulares de aço inoxidável com diâmetros de 0.5 e 1.1 mm. Foi realizada uma analise paramétrica sobre os efeitos na transferência de calor da velocidade mássica, título de vapor local e o formato da onda de pulsos de calor e sua respectiva amplitude, frequência e o fluxo de calor médio correspondente. A análise paramétrica revelou que as flutuações do grau de superaquecimento da parede são resultado da superposição dos efeitos de inercia térmica, relacionados a condução de calor na parede do tubo, e da ebulição convectiva. O nível das flutuações do grau de superaquecimento da parede se elevou com o aumento da velocidade mássica, título de vapor e amplitude dos pulsos de calor, e com a redução da frequência dos pulsos de calor e do fluxo de calor médio. Os resultados indicaram o decréscimo das oscilações de temperatura com a intensificação dos efeitos de ebulição nucleada. Oito métodos para a previsão do coeficiente de transferência de calor durante a ebulição convectiva em canais de diâmetro reduzido, desenvolvidos baseado em banco de dados obtido em condições de aquecimento uniforme e permanente, foram extrapolados para resultados transientes compreendendo pulsos de calor deste trabalho. Os métodos de Kanizawa et al. (2016) e Kim e Mudawar (2013) proporcionaram previsões satisfatórias do coeficiente de transferência de calor médio e da amplitude das flutuações do superaquecimento da parede. Ao final deste estudo, uma metodologia para prever o comportamento transiente do superaquecimento da parede durante pulsos de calor cíclicos é apresentada. A eficácia desta metodologia em reproduzir as principais tendências observadas nos dados experimentais é demonstrada.