Efeito da orientação do escoamento no desempenho de dissipador de calor microaletado com canal divergente

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Costa, Alexandre Garcia
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: dissipador de calor; ebulição convectiva; efeitos gravitacionais; flow boiling; gravitational effects; heat sink; heat transfer; microcanais; microchannels; perda de pressão; pressure drop; transferência de calor
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18164/tde-23072024-140814/

A presente dissertação trata de um estudo experimental sobre o efeito da orientação do escoamento na ebulição convectiva no interior de um dissipador de calor com seção transversal divergente e composto de microcanais abertos segundo geometria em duplo-\"V\". A motivação deste estudo decorre da verificação para a mesma geometria de dissipador e escoamento horizontais, em estudos anteriores na EESC-USP e no RTI, de ganhos significativos no coeficiente de transferência de calor com penas reduzidas para a perda de pressão. Desta forma, este estudo se insere no contexto de aplicações de resfriamento nas quais a direção do escoamento pode variar significativamente, como na indústria aeroespacial e painéis fotovoltaicos. Resultados experimentais para o coeficiente de transferência de calor e perda de pressão foram levantados para o fluido HFO-1336mzz(Z), velocidades mássicas de 100 a 600 kg/m²s, ângulos de inclinação do escoamento em relação ao plano horizontal de 45°, 90°, 270° e 315° e potências de aquecimento de até 70 W. Os dados experimentais foram analisados e os comportamentos observados discutidos a partir de imagens do escoamento obtidas com uma câmera de alta velocidade. De forma geral, constatou-se que a orientação pode influenciar o coeficiente de transferência de calor e a perda de pressão, no entanto efeitos gravitacionais mostraram-se significativos apenas em condições de velocidades mássicas e fluxo de calor reduzidos. Coeficientes de transferência de calor superiores ocorreram para o escoamento vertical ascendente com valores de até 22 kW/m²K, para um superaquecimento da parede de apenas 22°C e um gradiente de pressão de 380 kPa/m. Com base em um fator de intensificação verificou-se que em valores reduzidos da velocidade mássica e fluxo de calor, escoamentos ascendentes apresentam desempenho superior ao horizontal, enquanto escoamentos descendentes desempenho inferior. De maneira geral, conclui-se que o dissipador avaliado é adequado para operar em inclinações distintas da horizontal, sem que isso implique em alterações significativas do seu desempenho termo-hidráulico.