Estudo do efeito da adição de nanopartículas a um fluido base no fluxo crítico de calor durante a ebulição convectiva no interior de microcanais e nos mecanismos de remolhamento da superfície submetida a ebulição em filme

Resumo

Esta proposta de pesquisa trata do estudo dos efeitos da adição de nanopartículas a um fluido base nos mecanismos relacionados ao fluxo crítico de calor durante o escoamento em microcanais e ao remolhamento da superfície em condições de ebulição em filme. Durante a pesquisa serão levantadas curvas de ebulição para a evaporação convectiva de nanofluidos no interior de microcanais para distintas condições experimentais caracterizadas pela velocidade mássica, comprimento da superfície aquecida, fluxo de calor, composição e concentração das nanopartículas e grau de subresfriamento na entrada da seção de testes. No decorrer dos ensaios, o fluxo de calor será elevado progressivamente até o valor crítico e, para cada condição, serão levantados o padrão de escoamento, a queda de pressão e o coeficiente de transferência de calor. Para avaliar os efeitos do nanofluido no remolhamento da superfície, um cilindro de aproximadamente 10 mm de diâmetro e 30 mm de comprimento a 800 °C será mergulhado através de um dispositivo de inserção rápida em um banho de nanofluido em condições controladas. A temperatura do cilindro será monitorada através de termopares localizados em seu interior e o coeficiente médio de transferência de calor na superfície avaliado através de métodos inversos com o fluxo de calor baseado na taxa de resfriamento do cilindro, utilizando código já desenvolvido. Curvas de ebulição para o decréscimo do fluxo de calor serão elaboradas a partir destes resultados e os processos convectivos de resfriamento do cilindro registrados através de uma câmera de alta velocidade (100.000 imagens/s). Para isto técnicas de iluminação serão desenvolvidas. O nanofluido será preparado a partir de água pura deionizada e nanopartículas, através de ultrasonificação sem a adição de produtos estabilizantes. Serão utilizados três tipos de nanopartículas compostas pelos seguintes materiais: (i) alumina tipo gama, apresentando diâmetros médios de 25 nm e 60nm; (ii) óxido de silício com diâmetros médios de 15 nm e 80nm e (iii) nanotubos de carbono, apresentando dimensão característica de 15 nm. A deposição de nanopartículas será analisada através de microscopia eletrônica pelo exame das seções de testes antes e depois de realizados os experimentos. Baseado nas informações obtidas, serão analisados os mecanismos de fluxo crítico e remolhamento da superfície na presença de nanofluidos e propostas correlações que permitam predizer estes fenômenos.