Avaliação experimental do efeito da nucleação de bolhas em condições confinadas na distribuição do escoamento em dissipadores de calor compostos por multi-microcanais

• Processo: 20/14819-5
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de dezembro de 2020
• Data de Término da vigência: 30 de novembro de 2021
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Fenômenos de Transportes
• Pesquisador responsável: Gherhardt Ribatski
• Beneficiário: Hugo Carreira Rufato
• 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
• Assunto(s): Fenômenos de transporte Dissipador de energia térmica Trocadores de calor Transferência de calor Escoamento bifásico Ebulição convectiva Processos químicos MATLAB
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Ebulição Convectiva | escoamento bifásico | microcanais | Nucleação de bolhas | trocadores de calor | Transferência de calor

Resumo

Dissipadores de calor compostos por multi- microcanais (dh<3 mm) com aplicações em bombas de calor, células de energia, e microrreatores em processos químicos, por exemplo, possuem vantagens quando comparados aos trocadores compostos por canais convencionais (dh>3 mm).Dentre elas, destacam-se a possibilidade de operar em pressões elevadas, maior área de contato por unidade de volume de refrigerante e (em condições experimentais similares) coeficientes de transferência de calor superiores, principalmente em processos de mudança de fase. Devido a tais características, a aplicação de microcanais é associada à ebulição convectiva visando a remoção de elevados fluxos de calor em espaços restritos. Porém, instabilidades térmicas associadas à ebulição em condições confinadas podem levar a danos irreversíveis ao dispositivo resfriado. Neste contexto, a presente proposta de pesquisa de iniciação científica trata do estudo do efeito da nucleação de bolhas na distribuição do escoamento em dissipadores de calor compostos por multimicrocanais. Sua execução envolve a construção de um aparato que permita emular a nucleação de bolhas por meio da injeção de ar no escoamento de água líquida ao longo dos microcanais. Partículas de carbeto de silício serão dispersas no escoamento de forma a permitir, com o auxílio de um laser e uma câmera de alta velocidade, avaliar, por meio das imagens capturadas e o auxílio de um programa de análise a ser desenvolvido em MATLAB, o efeito da nucleação de bolhas na distribuição do escoamento nos microcanais. Ensaios serão realizados para duas geometrias de dissipadores fabricados em ABS por meio de impressão 3D. Em ambas, os canais são paralelos, porém, em uma delas restrições na entrada dos microcanais serão fabricadas visando reduzir os efeitos de instabilidades térmicas associadas a escoamentos reversos e má distribuição do fluido refrigerante.