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Estudo do efeito da adição de nanopartículas a um fluido base no fluxo crítico de calor durante a ebulição convectiva no interior de microcanais e nos mecanismos de remolhamento da superfície submetida a ebulição em filme

Processo: 11/13119-0
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Doutorado
Vigência (Início): 01 de junho de 2012
Vigência (Término): 30 de junho de 2016
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Mecânica - Engenharia Térmica
Pesquisador responsável:Gherhardt Ribatski
Beneficiário:Francisco Júlio Do Nascimento
Instituição-sede: Escola de Engenharia de São Carlos (EESC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
Assunto(s):Nanofluidos   Escoamento bifásico   Transferência de calor   Ebulição convectiva

Resumo

Esta proposta de pesquisa trata do estudo dos efeitos da adição de nanopartículas a um fluido base nos mecanismos relacionados ao fluxo crítico de calor durante o escoamento em microcanais e ao remolhamento da superfície em condições de ebulição em filme. Durante a pesquisa serão levantadas curvas de ebulição para a evaporação convectiva de nanofluidos no interior de microcanais para distintas condições experimentais caracterizadas pela velocidade mássica, comprimento da superfície aquecida, fluxo de calor, composição e concentração das nanopartículas e grau de subresfriamento na entrada da seção de testes. No decorrer dos ensaios, o fluxo de calor será elevado progressivamente até o valor crítico e, para cada condição, serão levantados o padrão de escoamento, a queda de pressão e o coeficiente de transferência de calor. Para avaliar os efeitos do nanofluido no remolhamento da superfície, um cilindro de aproximadamente 10 mm de diâmetro e 30 mm de comprimento a 800 °C será mergulhado através de um dispositivo de inserção rápida em um banho de nanofluido em condições controladas. A temperatura do cilindro será monitorada através de termopares localizados em seu interior e o coeficiente médio de transferência de calor na superfície avaliado através de métodos inversos com o fluxo de calor baseado na taxa de resfriamento do cilindro, utilizando código já desenvolvido. Curvas de ebulição para o decréscimo do fluxo de calor serão elaboradas a partir destes resultados e os processos convectivos de resfriamento do cilindro registrados através de uma câmera de alta velocidade (100.000 imagens/s). Para isto técnicas de iluminação serão desenvolvidas. O nanofluido será preparado a partir de água pura deionizada e nanopartículas, através de ultrasonificação sem a adição de produtos estabilizantes. Serão utilizados três tipos de nanopartículas compostas pelos seguintes materiais: (i) alumina tipo gama, apresentando diâmetros médios de 25 nm e 60nm; (ii) óxido de silício com diâmetros médios de 15 nm e 80nm e (iii) nanotubos de carbono, apresentando dimensão característica de 15 nm. A deposição de nanopartículas será analisada através de microscopia eletrônica pelo exame das seções de testes antes e depois de realizados os experimentos. Baseado nas informações obtidas, serão analisados os mecanismos de fluxo crítico e remolhamento da superfície na presença de nanofluidos e propostas correlações que permitam predizer estes fenômenos.

Publicações científicas (4)
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
DO NASCIMENTO, FRANCISCO JULIO; MOREIRA, TIAGO AUGUSTO; RIBATSKI, GHERHARDT. Flow boiling critical heat flux of DI-water and nanofluids inside smooth and nanoporous round microchannels. INTERNATIONAL JOURNAL OF HEAT AND MASS TRANSFER, v. 139, p. 240-253, AUG 2019. Citações Web of Science: 0.
DOS SANTOS FILHO, E.; DO NASCIMENTO, F. J.; MOREIRA, D. C.; RIBATSKI, G. Dynamic wettability evaluation of nanoparticles-coated surfaces. EXPERIMENTAL THERMAL AND FLUID SCIENCE, v. 92, p. 231-242, APR 2018. Citações Web of Science: 2.
MOREIRA, TIAGO AUGUSTO; DO NASCIMENTO, FRANCISCO JUILO; RIBATSKI, GHERHARDT; GRP, HEAT TRANSFER RES. An investigation of the effect of nanoparticle composition and dimension on the heat transfer coefficient during flow boiling of aqueous nanofluids in small diameter channels (1.1 mm). EXPERIMENTAL THERMAL AND FLUID SCIENCE, v. 89, p. 72-89, DEC 2017. Citações Web of Science: 7.
SOUZA LARA LEAO, HUGO LEONARDO; DO NASCIMENTO, FRANCISCO JULIO; RIBATSKI, GHERHARDT. Flow boiling heat transfer of R407C in a microchannels based heat spreader. EXPERIMENTAL THERMAL AND FLUID SCIENCE, v. 59, p. 140-151, NOV 2014. Citações Web of Science: 9.

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