A method for measuring contact angle and influence of surface fluid parameters on the boiling heat transfer performance - Cunha, Alex Pereira da [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2019)
O avanço de novas tecnologias, associado à minimização dos custos de fabricação e instala-ção, constitui um grande desafio para a área de refrigeração, uma vez que a geração de calor tem aumentado gradativamente nos últimos anos. Assim, a busca de novos fluidos com pro-priedades térmicas superiores aos comumente usados tornou-se indispensável para melhorar a eficiência energética. Nas últimas décadas os nanofluidos - dispersões de partículas de escala nanométrica (1 a 100nm) em um fluido-base - têm atraído especial interesse não somente da comunidade acadêmica, mas também da indústria em áreas como: a microeletrônica, microflu-ídica, transporte, manufatura, assistência médica, entre outras. O melhor desempenho térmico e a vasta gama de aplicações fazem dos nanofluidos potenciais substitutos dos refrigerantes utilizados em diversos segmentos da engenharia. Dentro desse contexto, o presente trabalho teve como objetivos: o estudo teórico e experimental da influência das propriedades termofísi-cas e concentração de nanofluidos, bem como, das características geométricas da superfície aquecedora sobre o ângulo de contato e a molhabilidade. Também, atenção foi dada à prepa-ração e caracterização dos nanofluidos (Al2O3-água e Fe2O3-água), por meio da análise expe-rimental da condutividade térmica e da viscosidade dinâmica para diferentes concentrações; uma bancada experimental, para aquisição de imagens de gota séssil, foi construída a fim de viabilizar as análises de ângulo de contato e molhabilidade; e, uma rotina computacional foi desenvolvida para obtenção do perfil da gota e determinação da interação superfície-fluido, para os diferentes nanofluidos e superfícies utilizadas. Com as informações obtidas, foi possí-vel a avaliação dos métodos de predição das propriedades termofísicas existentes na literatura, por meio da comparação com os resultados experimentais obtidos pelo presente estudo. Além disso, mostra-se que a condição original da superfície e a concentração do nanofluido utilizado para nanoestruturação afetam o comportamento do ângulo de contato e da rugosidade média da superfície. O efeito da capilaridade superficial faz com que uma área maior seja molhada ao longo do tempo e a análise de circularidade evidencia caminhos preferenciais de espalhamento do fluido sobre a superfície, ambos interferindo no comportamento térmico da transferência de calor. Assim, tem-se que a alteração superficial tem um papel crucial na transferência de calor por ebulição: a deposição de nanopartículas (baixa concentração) multiplica os sítios de nucleação no caso de superfícies lisas, melhorando a transferência de calor e, nas superfícies rugosas, as nanopartículas podem bloquear as microcavidades, deteriorando a troca térmica; somado a isso, o aumento da concentração dos nanofluidos gera uma aglomeração de nanopar-tículas sobre a superfície, criando uma resistência térmica adicional à transferência de calor.

The advance of new technologies, associated to the minimization of manufacturing and installation costs, presents a great challenge for the refrigeration area, since the heat generation has increased in recent years. Thus, the search for new fluids with thermal properties higher than those commonly used has become indispensable to improve energy efficiency. In recent decades, nanofluids-dispersions of nanometer-scale particles (1 to 100 nm) in a base fluid - have attracted special interest not only from the academic community but also from industry in areas such as microelectronics, microfluidics, transport, manufacturing, medical assistance, among others. In this context, the present work had the following goals: the theoretical and experimental study of the influence of thermophysical properties and nanofluid concentration, as well as the geometric characteristics of the heating surface on the contact angle and wetta-bility. Attention was also given to the preparation and characterization of nanofluids (Al2O3-water and Fe2O3-water) by the experimental analysis of thermal conductivity and dynamic viscosity for different concentrations; an experimental apparatus for the acquisition of sessile droplet images was designed in order to analyze the contact angle and wettability; and a computational routine was developed to obtain the drop profile and the surface-fluid interaction for the different nanofluids and surfaces used. Based on database, it was possible to evaluate the prediction methods of the thermophysical properties existing in the literature, by comparison with the experimental results obtained in the present study. In addition, it is shown that the original surface condition and the nanofluid concentration used for surface coating affect the behavior of the contact angle and the average surface roughness. The effect of the surface capillarity causes a larger area to be wetted over time and the circularity analysis shows preferential ways of spreading the fluid on the surface, both interfering in the thermal behavior of the heat transfer. Thus, the surface change plays a role in the boiling heat transfer: the nano-particle deposition (at low concentration) multiplies the nucleation sites in the smooth surfaces, improving heat transfer and, on the rough surfaces the nanoparticles can clog the micro-cavities, deteriorating the thermal exchange. In addition, the increment in the nanofluid concentration generates agglomeration of nanoparticles on the surface, creating additional ther-mal resistance to heat transfer.
Método de medição do ângulo de contato influência dos parâmetros de fluido e superfície no desempenho em transferência de calor
Keywords: Nanofluidos; Ângulo de contato; Ebulição; Molhabilidade; Transferência de calor; Nanofluids; Contact angle; Pool boiling; Wettability; Heat transfer