Estudo experimental e numérico da dinâmica de impacto e transferência de calor no processo de resfriamento por spray

• Processo: 25/01107-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de junho de 2025
• Data de Término da vigência: 31 de janeiro de 2028
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Fenômenos de Transportes
• Pesquisador responsável: Arthur Vieira da Silva Oliveira
• Beneficiário: Jefferson David Salamanca Cárdenas
• 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): Transferência de calor
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Dropelt impact | Heat flux | Spray cooling | Transferência de Calor

Resumo

Resfriamento por spray é uma técnica amplamente utilizada e altamente eficaz em aplicações industriais. Por exemplo, é usado em operações como têmpera e outros tratamentos térmicos, nos quais o controle preciso da temperatura é essencial para alcançar propriedades mecânicas aprimoradas nas peças tratadas. Apesar de sua ampla aplicação, persistem lacunas teóricas importantes na compreensão dos mecanismos físicos subjacentes. Vários estudos tem modelado com sucesso a hidrodinâmica e a transferência de calor associadas ao impacto de uma única gota em uma superfície quente, mas ainda faltam modelos físicos confiáveis capazes de estimar com precisão o fluxo de calor nos processos de resfriamento por spray. O objetivo desta pesquisa é desenvolver um modelo computacional robusto - capaz de estimar de forma confiável o fluxo de calor durante o resfriamento por spray, com base em parâmetros físicos mensuráveis. Para alcançar isso, os modelos existentes relacionados à dinâmica de impacto de uma única gota devem ser validados com os nossos dados experimentais, e devemos então relacionar a teoria do impacto de gotas com o spray e validá-la com novos dados experimentais. Na fase experimental, serão empregadas técnicas de medição óptica para capturar parâmetros críticos, incluindo o tamanho e a velocidade das gotas, bem como a distribuição de temperatura na superfície de teste. Os métodos ópticos são favorecidos neste contexto devido à sua natureza não invasiva. Na fase de modelagem, devemos empregar o método de Monte Carlo para simular o impacto de gotas sobre a parede, essas simulações contribuirão progressivamente para o resfriamento da parede. Assim, validaremos o novo método com dados experimentais ao comparar as curvas de resfriamento medidas e estimadas para diferentes condições experimentais. Este trabalho se concentra especialmente no regime de Leidenfrost, quando não há contato direto entre a gota e a superfície, e para sprays diluídos, quando não há interação significativa entre gotas.