Estudo da ebulição convectiva de fluidos quase-críticos visando sua aplicação em ciclos Rankine orgânicos

• Processo: 19/22105-5
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Vigência (Início): 01 de abril de 2020
• Vigência (Término): 21 de novembro de 2024
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Engenharia Térmica
• Pesquisador responsável: Gherhardt Ribatski
• Beneficiário: Daniel Borba Marchetto
• Instituição Sede: Escola de Engenharia de São Carlos (EESC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 16/09509-1 - Processos de transferência de calor com mudança de fase de elevado desempenho aplicados ao aproveitamento de energia solar, AP.TEM
• Bolsa(s) vinculada(s): 20/06705-0 - Avaliação experimental da ebulição convectiva fluidos R245fa e R1233zd(E) no interior de microcanais em pressões elevadas, BE.EP.DR
• Assunto(s): Escoamento bifásico Escoamento monofásico Ebulição convectiva Transferência de calor Fluidos refrigerantes Ciclo Rankine orgânico
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Ebulição Convectiva | Minicanais | Ponto crítico | Pressão quase-crítica | refrigerante | Escoamentos bifásicos

Resumo

O Ciclo Rankine Orgânico (CRO) apresenta potencial de aplicação em operações que envolvem rejeição de calor remanescente de processos e no aproveitamento de energia solar. Assim como nas bombas de calor, em determinadas aplicações, o Ciclo de Rankine Orgânico pode operar em pressões de evaporação próximas ao ponto crítico termodinâmico. Entretanto, apesar do crescente interesse em tais aplicações, estudos envolvendo a perda de pressão e a transferência de calor em condições de ebulição convectiva no interior de dutos são em geral baseados em resultados para temperaturas e pressões de saturação reduzidas, típicas de aplicações em refrigeração e mais recentemente de resfriamento de componentes eletrônicos. Na proximidade do ponto crítico, as propriedades termodinâmicas e de transporte apresentam valores e comportamentos distintos daqueles observados em pressões inferiores, afetando, de forma drástica, o comportamento termo-hidráulico do fluido durante a evaporação. A partir da literatura, ao contrário de fluidos supercríticos para os quais encontra-se disponível um número elevado de publicações, nota-se uma escassez de estudos experimentais envolvendo a ebulição convectiva em pressões quase-críticas no interior de minicanais, sendo que a maior parcela dos trabalhos utiliza água ou dióxido de carbono como fluidos de trabalho. Neste contexto, a presente proposta trata do levantamento experimental de um banco de dados extenso para padrões de escoamento, perda de pressão e coeficiente de transferência de calor envolvendo a ebulição convectiva e o escoamento monofásico dos fluidos refrigerantes R245fa, e HFOs R1336mzz(Z) e R1233ze(E) em canais de reduzido diâmetro para diferentes inclinações. Com base nestes resultados, o desempenho termo-hidráulico da ebulição convectiva e do escoamento monofásico em condições próximas ao ponto crítico será parametricamente analisado. Além disso, métodos de previsão da perda de pressão, do coeficiente de transferência de calor e do fluxo crítico presentes na literatura serão avaliados para estas condições experimentais e caso haja necessidade serão desenvolvidos novos métodos que possam ser utilizados como ferramentas de projeto e otimização de trocadores de calor. (AU)

Publicações científicas

(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)

MARCHETTO, D. B.; MOREIRA, D. C.; REVELLIN, R.; RIBATSKI, G.. A state-of-the-art review on flow boiling at high re duce d pressures. INTERNATIONAL JOURNAL OF HEAT AND MASS TRANSFER, v. 193, p. 27-pg., 2022-09-01. (19/22105-5, 15/24834-3)

MARCHETTO, DANIEL BORBA; RIBATSKI, GHERHARDT. An experimental study on flow boiling heat transfer of HFO1336mzz(Z) in microchannels-based polymeric heat sinks. APPLIED THERMAL ENGINEERING, v. 180, p. 14-pg., 2020-11-05. (19/22105-5)