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Análise experimental do campo de velocidade e da distribuição de temperatura da superfície de microcanais durante ebulição convectiva por meio de termografia por infravermelho e ferramentas de aprendizado de máquina

Processo: 20/10867-5
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Vigência (Início): 01 de maio de 2021
Vigência (Término): 30 de abril de 2023
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Mecânica - Fenômenos de Transportes
Pesquisador responsável:Gherhardt Ribatski
Beneficiário:Douglas Martins Rocha
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):Aprendizado computacional   Ebulição convectiva

Resumo

O estudo de trocadores de calor compactos com elevada eficiência mostra-se essencial para o desenvolvimento de concentradores solares utilizados em sistemas de energia solar para a obtenção de maior eficiência e maiores taxas de geração de energia. Nesse contexto, o processo de mudança de fase em dissipadores de multi-microcanais mostra-se uma estratégia promissora por apresentar elevadas taxas de transferência de calor, o que diminui a necessidade de espaço, os custos com material e os custos com o inventário de fluido refrigerante. No entanto, o desempenho termo hidráulico em microcanais durante ebulição convectiva ainda não é um tema completamente compreendido devido aos aspectos associados à ebulição em regiões confinadas que implicam em má distribuição de fluido refrigerante, instabilidades térmicas, e secagem de parede prematura. Dessa forma, a presente proposta de Pós-doutoramento visa obter o perfil de velocidade e a distribuição de temperaturas em microcanais durante ebulição convectiva com o intuito de melhor compreender os fenômenos associados à transferência de calor e queda de pressão. O perfil de velocidades será obtido por meio da técnica de velocimetria por filtros espaciais (SFV) e a distribuição de temperaturas por termografia infravermelha. Sendo assim, um método de calibração para a aplicação de termografia infravermelha, capaz de executar análises quase em tempo real, será elaborado baseado em algoritmos de redes neurais. Para o desenvolvimento de tal método de calibração está previsto um estágio de pesquisa no exterior no Departamento de Engenharia e Ciências Nucleares (NSE) do Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) sob a supervisão do Prof. Matteo Bucci. Além disso, visando obter perfis de velocidades com elevadas resoluções espaciais, os parâmetros da técnica SFV serão otimizados por meio de ferramentas de aprendizado de máquina. Tal otimização será desenvolvida sob a supervisão da Profa. Agma Juci Machado Traina do Instituído de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) da Universidade de São Paulo (USP), que possui grande experiência em análises de imagens baseadas em ferramentas de aprendizado de máquina. A campanha experimental e a análise dos resultados obtidos serão realizados sob a supervisão do Prof. Gherhardt Ribatski, coordenador do Grupo de Pesquisa em Transferência de Calor (HTRG) do Departamento de Engenharia Mecânica da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC-USP). O HTRG possui uma infraestrutura única no Brasil composta por modernas câmeras de alta velocidade de espectro visível e infravermelho, equipamentos estes essenciais para o desenvolvimento da presente proposta. Baseado nos resultados experimentais obtidos, modelos mecanicistas serão desenvolvidos com o intuito de fornecer ferramentas confiáveis para o projeto e desenvolvimento de trocadores de calor compactos. Vale ressaltar que o candidato está familiarizado com o tema da presente proposta visto que seu trabalho de doutoramento foi baseado na medição do perfil de velocidades por meio da técnica SFV em escoamentos monofásicos e bifásicos, o que lhe garantiu o aprendizado de técnicas avançadas de analises de imagens, programação e fotônica.