Caracterização experimental do efeito da orientação do escoamento na secagem de parede durante ebulição convectiva em microcanais

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Leão, Hugo Leonardo Souza Lara
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: ebulição convectiva; flow boiling; heat transfer; microcanais; microchannel; secagem de parede; surface dryout; transferência de calor
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18147/tde-09052024-103935/

Este estudo trata da caracterização experimental do processo de secagem de parede durante a ebulição convectiva em um canal de dimensão reduzida para diferentes orientações do escoamento. Neste estudo, experimentos envolvendo ebulição convectiva foram realizados para um canal circular de 0,5 mm de diâmetro interno e comprimento de 300 mm, utilizando o R134a como fluido de trabalho. O aquecimento do microcanal se deu a partir de um fluido secundário (água) escoando em contra-corrente em uma região anular envolvendo o tubo de teste e proporcionando um fluxo de calor não uniforme. O efeito da aceleração gravitacional na secagem da parede doi avaliado para as seguintes inclinações 0º, (tubo horizontal) 45º e 90º com escoamento ascendente. Ensaios foram executados para velocidades mássicas de 350 a 600 kg/m²s, ampla faixa de fluxos de calor (temperatura de água variando de 32 a 39 ºC), temperatura de saturação de 30ºC e títulos de vapor entre 0 e 1. Identificou-se um aumento do coeficiente de transferência de calor com o aulemto do título em condições de título reduzido. Já ára títulos elevados, o coeficiente de transferência de calor se manteve constante. Para a região de pré-secagem, o coeficiente de transferência de calors de eleva com o acréscimo do fluxo de calor médio, porém varia marginalmente com a velocidade mássica. A inclinação do microcanal não implicou em variações significativas do coeficiente de transferência de calor. Os resultados experimentais apresentaram preferencialmente o padrão de escoamento anular. O método de Liu e Winterton (1991) apresentou a melhor previsão dos resultados experimentais em condições de pré-sacagem, capturando a tendência de aumento gradual do coeficiente de transferência de calor (CTC) com o incremento do título de vapor. Já Kanizawa et al. (2016) e Saitoh et al. (2007), embora capturem adequadamente o comportamento de incremento do CTC para títulos reduzidos superestimam os resultados em condições próximas à secagem de parede. Adotou-se os seguintes critérios para a indicação de secagem de parede: aumento significativo da temperatura superficial, redução do coeficiente de transferência de calor e alteração da inclinação da curva de ebulição. Observou-se que a secagem de parede ocorreu para título de vapor entre 0,7 e 0,95, independente da inclinação do canal. O aumento da velocidade mássica reduziu o título de vapor da secagem. Verificou-se a presença de gotícula de líquido na parede do microcanal em condições de pós-secagem. Os resultados mostraram que em condições de escoamento anular, o filme de líquido se evaporou e gotículas de líquido se desprendiam, as quais escoaram junto à parede do tubo até o estabelecimento da secagem completa desta. O método Kanizawa et al. (2016) proporcionou previsões satisfatórias do título de vapor de secagem, porém apresentou um pico máximo do coeficiente de transferência de calor não condizendo com os resultados experimentais. Os métodos de previsão para o fluxo crítico de calor de Revellin e Thome (2008), Katto e Ohno (1984), Zhang et al. (2006) e Kosar (2009) proporcionaram resultados satisfatórios na determinação do título de vapor de secagem. Ao final, propõe-se um novo método de previsão do título de vapor de secagem de parede em função dos adimensionais, Reynolds, Bond, Weber e relação de densidade (pv/p1)