Influência da interação fluido-superfície sobre a dinâmica de nucleação de bolhas de vapor em cavidades artificiais - Silva, Isabela Ignácio [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2021)
A constante procura por técnicas que otimizem o processo de transferência de calor, incluindo mudança de fase, torna necessária a compreensão da dinâmica da bolha de vapor no processo de ebulição. Dessa forma, o presente trabalho tem como objetivo o estudo da dinâmica da bolha de vapor, no regime de ebulição nucleada, por meio de testes experimentais sobre uma superfície de cobre plana com cavidade artificial, analisando as etapas de crescimento e partida da bolha de vapor. O fluido de trabalho analisado foi o HFE-7100, em condições saturadas. A pesquisa envolveu a construção de um aparato experimental, assim como o desenvolvimento de técnicas experimentais e de análise de resultados. Aspectos envolvendo a formação e crescimento das bolhas de vapor, isto é, o diâmetro e frequência de partida de bolhas foram estudados por meio da análise de dados experimentais obtidos por um sensor óptico e pela visualização do fenômeno de ebulição. Além disso, o presente estudo envolveu a caracterização da superfície testada, utilizando técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e Stereo. As correlações de Lim e Bang (2020), Kim e Kim (2006) e Kutateladze e Gogonin (1979) mostraram-se satisfatórias para predizer os resultados experimentais acerca do diâmetro de partida de bolha. Por meio de regressão de dados experimentais deste trabalho e baseando-se no modelo de Kim e Kim (2006), propôs-se uma correlação para predição do diâmetro de partida de bolhas de vapor, válida para 10≤Ja≤90 e com um desvio menor que 1% em relação aos dados experimentais. Além disso, um aumento no fluxo de calor aplicado e, consequentemente, no superaquecimento da superfície acarretou em um aumento na frequência de partida das bolhas. A análise por escoamento óptico (optical flow) identificou campos de velocidade e vorticidade causados pela microconvecção − modo de transferência de calor predominante na ebulição nucleada de acordo com a literatura.

The constant search for techniques that optimize the heat transfer process, including phase change, makes it necessary to understand the vapor bubble dynamics in the boiling process. Thus, the present work aims to study the heat transfer mechanisms and dynamics of the vapor bubble in the nucleate boiling regime by using experimental tests on a plain copper surface with an artificial cavity and analyzing the stages of growth and departure of the vapor bubble. The working fluid analyzed was HFE-7100 in saturated conditions. Aspects of the formation and growth of vapor bubbles − the diameter and frequency of bubble departure − were studied by analyzing experimental data obtained by an optical sensor and visualizing the boiling phenomenon. Besides, the present study involved the characterization of the tested surface using scanning electron microscopy (SEM) and Stereo techniques. The diameters (Dd) and frequencies (f) of bubbles obtained were compared with models and correlations found in the literature. The correlations of Lim and Bang (2020), Kim and Kim (2006) e Kutateladze and Gogonin (1979) proved to be satisfactory to predict the experimental results regarding the bubble departure diameter. Through the regression of experimental data and based on the model of Kim and Kim (2006), a correlation was proposed to predict the departure diameter of vapor bubbles for 10 ≤ Ja ≤ 90 and with a deviation lower than 1% compared to experimental data. Furthermore, an increase in the heat flux and, consequently, in the wall superheat led to an increase in the bubbles departure frequency. Optical Flow analysis identified the velocity and vorticity fields caused by micro convection − predominant heat transfer mode in nucleated boiling.
Influence of fluid-surface interaction on dynamics of nucleation of vapor bubbles in artificial cavities
Keywords: Dinâmica da bolha de vapor; Sítio único de nucleação; Cavidade artificial; Diâmetro e frequência de partida; Vapor bubble dynamics; Single nucleation site; Artificial cavity; Departure diameter and frequency