Análise numérica do escoamento monofásico em dissipadores de calor microaletados de nanocompósito de PDMS

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dc.contributor.advisorCardoso, Elaine Maria [UNESP]
dc.contributor.authorSilveira, Lucas Amadio da
dc.contributor.coadvisorMorsch Filho, Edemar [UNESP]
dc.date.accessioned2023-12-21T14:43:52Z
dc.date.available2023-12-21T14:43:52Z
dc.date.issued2023-12-15
dc.description.abstractCompact heat exchangers associated with high-performance refrigerant fluids allow for the thermal management of aircraft electronic components that demand high operating power, such as location and direction avionics, due to the high heat dissipation rate in confined volumes. In the current work, a numerical study was proposed on single-phase flow in micro-pin fin compact heat sinks, aiming to analyze the heat transfer coefficient and pressure drop using a conventional fluid (water) and two different materials for the heat exchanger. The first material uses pure polydimethylsiloxane (PDMS), and the second uses PDMS with boron nitride nanoparticles with a concentration, in mass, of 20% in its composition. Different arrangements of micro-pin fins were considered — aligned and staggered — both with diamond-shaped fins. PDMS is a low-cost, transparent, and versatile material that allows the incorporation of materials with high thermal properties (for increasing the composite conductivity). Another characteristic of PDMS is its ability to mold to a specific surface, thereby increasing the physical contact between the heat exchanger and the device to be cooled. The numerical study was developed using the ANSYS Fluent R2 software, and the numerically obtained results were compared with experimental data, showing satisfactory agreement with them. Furthermore, it was shown that adding boron nitride nanoparticles to the PDMS matrix can increase the polymeric matrix's thermal conductivity, improving heat transfer and reducing the surface temperature. Likewise, micro-pin fins in a staggered arrangement have better thermo-hydraulic performance than the aligned arrangement.en
dc.description.abstractA utilização de trocadores de calor compactos associados a fluidos refrigerantes de alto desempenho permite o gerenciamento térmico de componentes eletrônicos de aeronaves que demandam alta potência de operação, como os aviônicos de localização e direção, devido à alta taxa de dissipação de calor em volumes reduzidos. Neste projeto foi proposto um estudo numérico sobre o escoamento monofásico em dissipadores de calor compactos microaletados, com o objetivo de analisar o coeficiente de transferência de calor e a queda de pressão com o uso de um fluido convencional (água) e dois materiais diferentes para o trocador de calor, o primeiro utilizando polidimetilsiloxano (PDMS) puro e o segundo utilizando PDMS com a inserção de nanopartículas de nitreto de boro com concentração, em massa, de 20%. Diferentes arranjos de microaletas foram considerados — alinhado e escalonado — sendo ambos os arranjos com aletas no formato diamante. O PDMS é um material de baixo custo, transparente e versátil que permite a incorporação de materiais com elevadas propriedades térmicas (para fins de aumento da condutividade do compósito). Outra característica do PDMS é a sua capacidade de se moldar a uma superfície específica e com isso aumentar o contato físico entre o trocador de calor e o dispositivo a ser arrefecido. O estudo numérico foi desenvolvido no software ANSYS Fluent R2 e os resultados obtidos numericamente foram comparados com dados experimentais, mostrando concordância satisfatória com os mesmos. Ademais, mostrou-se que a adição de nanopartículas de nitreto de boro à matriz de PDMS é capaz de aumentar a condutividade térmica da matriz polimérica, melhorando a transferência de calor e reduzindo a temperatura da superfície. Da mesma forma, microaletas em arranjo escalonado possuem um melhor desempenho termohidráulico comparado ao arranjo alinhado.pt
dc.identifier.citationSILVEIRA, L. A. Análise numérica do escoamento monofásico em dissipadores de calor microaletados de nanocompósito de PDMS. 2023. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Aeronáutica) — Faculdade de Engenharia, Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho", São João da Boa Vista, 2023.pt
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/11449/252247
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Estadual Paulista (Unesp)
dc.rights.accessRightsAcesso abertopt
dc.subjectCalor Transmissãopt
dc.subjectFluidodinâmica computacionalpt
dc.subjectMétodo dos volumes finitospt
dc.subjectNanocompósitos (Materiais)pt
dc.subjectPermutadores térmicospt
dc.titleAnálise numérica do escoamento monofásico em dissipadores de calor microaletados de nanocompósito de PDMSpt
dc.title.alternativeNumerical analysis of single-phase flow in microfins of PDMS nanocomposite heat sinksen
dc.typeTrabalho de conclusão de cursopt
unesp.campusUniversidade Estadual Paulista (Unesp), Faculdade de Engenharia, São João da Boa Vistapt
unesp.examinationboard.typeBanca públicapt
unesp.undergraduateSão João da Boa Vista - FESJBV - Engenharia Aeronáuticapt

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