Estudo experimental do impacto de gotas sobre superfícies aquecidas usando técnicas ópticas combinadas: gotas isoladas, múltiplas gotas e sprays

• Processo: 22/00040-1
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Jovens Pesquisadores
• Data de Início da vigência: 01 de fevereiro de 2022
• Data de Término da vigência: 11 de abril de 2023
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Fenômenos de Transportes
• Pesquisador responsável: Arthur Vieira da Silva Oliveira
• Beneficiário: Arthur Vieira da Silva Oliveira
• Instituição Sede: Escola de Engenharia de São Carlos (EESC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 21/01897-0 - Estudo experimental do impacto de gotas sobre superfícies aquecidas usando técnicas ópticas combinadas: gotas isoladas, múltiplas gotas e sprays, AP.JP
• Assunto(s): Engenharia térmica Dinâmica dos fluidos Gota
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Ebulição em filme | fluidodinâmica | gotas | Leidenfrost | spray | Térmica e Fluidos

Resumo

O impacto de gotas e sprays em paredes aquecidas tem chamado muita atenção da comunidade de engenharia térmica devido às suas muitas aplicações que permitem uma troca de calor uniforme e eficiente, especialmente para o resfriamento de peças a alta temperatura. No entanto, a maioria dos estudos experimentais encontrados na literatura apenas analise o impacto das gotas visualmente ou usa métodos de medição intrusivos. Isso causou arbitrariedade nas análises e caracterizações da fluidodinâmica do impacto de gotas, além de investigações limitadas dos processos de transferência de calor envolvidos. Ademais, pouco se sabe sobre o impacto de múltiplas gotas, o que pode ser um passo importante para associar o fenômeno de uma única gota a aplicações de resfriamento por spray. O presente projeto de pesquisa busca estudar esta correlação gota-única e sprays ao propor o uso de técnicas ópticas combinadas para caracterizar o impacto e resfriamento de uma única gota, múltiplas gotas e sprays dispersos. As técnicas de medição simultâneas são: shadowgraph para o tamanho e velocidade da gota, imagem de fluorescência induzida por laser para a temperatura da gota, termografia infravermelha para a temperatura da superfície e reflexão interna total para o contato entre a gota e a parede. Estas técnicas foram cuidadosamente escolhidas para serem aplicáveis a todas as condições de teste definidas neste projeto. As seções de teste (prisma de safira e placa metálica) foram projetadas para permitir sempre que possível a simultaneidade das técnicas de medição. Este esforço para medir todos esses parâmetros permitirá fazer uma caracterização completa da termohidráulica durante o impacto das gotas. Com observações diretas por meio de imagens e com modelagem detalhada do balanço de massa e energia, informações conclusivas serão obtidas do resfriamento durante o impacto de gotas, como coeficientes de transferência de calor, temperaturas de Leidenfrost e efeitos de interação de gotas. Desta forma, modelos melhores e embasados fisicamente poderão ser desenvolvidos para gotas e resfriamento por spray, bem como um mapeamento mais abrangente dos regimes de impacto das gotas. Parte do equipamento já existe na instituição sede, o que contribui substancialmente para diminuir o custo do aparato experimental. Dois alunos de doutorado direto trabalharão neste projeto. O primeiro comparará o comportamento de gotas únicas com o resfriamento por spray diluído no regime Leidenfrost, e o outro se concentrará no impacto de múltiplas gotas no regime Leidenfrost. Ambos terão a oportunidade de realizar doutorado com cotutela no LEMTA da Université de Lorraine, em Nancy, França, onde realizarão experimentos com diferentes equipamentos e técnicas para comparar com os resultados obtidos com o novo aparato proposto neste projeto e testar outras condições experimentais. (AU)