Estudo de aspectos transientes do mecanismo de ebulição convectiva no interior de microcanais através de termografia IR

Resumo

O melhor entendimento dos mecanismos de transferência de calor durante a ebulição convectiva em microescala é fundamental para o desenvolvimento de tecnologias disruptivas que demandam a dissipação de elevadas taxas de calor (valores de até 3MW/m2 são cogitados). A combinação de microcanais e processos de mudança de fase permite a transferência de fluxos de calor elevados, minimização do espaço ocupado, redução de custos de materiais e de inventário de fluido de trabalho. O proveito de tais benefícios é necessário ao desenvolvimento de tecnologias nas áreas de microeletrônica, microreatores nucleares, lasers, super capacitores, super baterias, energia solar térmica e fotovoltaica e etc. No entanto, sua aplicação não é ainda factível devido a aspectos associados a ebulição em condições confinadas, que implicam em mal distribuição de fluido, instabilidades térmicas e a secagem prematura da parede. Nesse contexto, o uso de termografia por infravermelho e filmagens em alta velocidade são instrumentos promissores na avaliação de processos transientes, associados a nucleação, crescimento e desprendimento de bolhas. Dessa forma, esta proposta trata do estudo dos mecanismos de transferência de calor em ebulição convectiva subresfriada em microcanais utilizando técnicas de termografia em conjunto com filmes de alta velocidade, a fim de caracterizar simultaneamente a distribuição de temperaturas na superfície aquecida e a topologia do escoamento bifásico. Sua execução envolve primeiramente (i) a análise crítica da literatura acerca do uso de termografia por infravermelho aplicada ao estudo da ebulição; (ii) desenvolvimento e implementação de métodos de calibração considerando as propriedades ópticas dos materiais envolvidos; (iii) projeto e fabricação de seção de testes baseada em um único microcanal considerando materiais transparentes ao infravermelho e a luz visível. Resultados experimentais serão obtidos visando caracterizar os mecanismos de transferência de calor preponderantes durante a nucleação, crescimento e desprendimento de bolhas em condições de início de ebulição (ONB) e para o escoamento segundo bolhas alongadas. Com base nestes resultados, modelos mecanicistas serão desenvolvidos que permitam estudar os mecanismos e possam ser utilizados no desenvolvimento de dissipadores de calor de alto desempenho. Esta proposta também inclui a realização de estágio de pesquisa no exterior sob supervisão do professor Jungho Kim na University de Maryland, que coordena grupo de pesquisa pioneiro ao aplicar termografia por infravermelho no estudo da ebulição convectiva. (AU)