Dissipadores de calor baseados em microcanais são apresentados como solução para a remoção de fluxos de calor elevados em espaços restritos, pois proporcionam elevados coeficientes de transferência de calor quando comparados a canais convencionais. Tais trocadores também proporcionam elevadas razões entre a área superficial em contato com o refrigerante por unidade de volume do dissipador. Além dos microcanais, a utilização de nanofluidos também se apresenta como tecnologia com potencial de incremento do coeficiente de transferência de calor. Os nanofluidos consistem na adição de nanopartículas a um fluido base visando alterar suas propriedades de transporte termodinâmicas. Neste contexto, o objetivo do presente estudo é avaliar o coeficiente de transferência de calor para escoamentos monofásicos e ebulição convectiva de nanofluidos aquosos no interior de microcanais. Para isto, foram realizados experimentos em canais com diâmetro de 1,1 mm e comprimento de 200 mm para água deionizada, nanofluidos de alumina com diâmetros de 20-30 e 40-80 nm, nanofluidos de dióxido de silício com diâmetros de 15 e 80 nm, e nanofluidos de cobre com diâmetro de 25 nm. Estas soluções foram ensaiadas para concentrações volumétricas de nanopartículas de 0,001, 0,01 e 0,1, velocidades mássicas de 200, 400 e 600 kg/m2s e fluxos de calor de 20 a 350 kW/m2. A análise dos resultados revelou que a adição de nanopartículas a água deionizada proporciona o incremento do número de Nusselt para escoamentos monofásicos, principalmente na região inicial do tubo. Concluiu-se que os efeitos da adição de nanopartículas a um fluido base no coeficiente de transferência de calor durante a ebulição convectiva estão relacionados ao recobrimento da superfície com uma camada porosa. A deposição de nanopartículas com diâmetro inferior a 30 nm resultou na redução do coeficiente de transferência de calor e das instabilidades térmicas do escoamento em relação a água deionizada. O coeficiente de transferência de calor e as instabilidades térmicas não apresentaram variações significativas da deposição de nanopartículas com diâmetro superior a 40 nm. Por meio da análise da textura das superfícies recobertas e do critério de nucleação proposto por Kandlikar et al. (1997) concluiu-se que tal comportamento encontra-se associado aos efeitos do acabamento superficial na densidade de cavidades de nucleação ativas. / Microchannels based heat exchangers were introduced as a solution to high heat flux removal in restrict spaces due to their high heat transfer coefficients compared to heat exchangers based on conventional channels. The high ratio of surface are per volume is an additional advantage to microchannels in relation to conventional channels. Beside the microchannels technology, the nanofluids also present itself as a technique with potential to increase the heat transfer coefficient. Nanofluids consist of a solution containing nanoparticles dispersed in a base fluid with the goal to improve its thermodynamic and transport properties. In this context, the objective of the present study is to evaluate the heat transfer coefficient for single-phase flow and convective boiling of aqueous nanofluids inside microchannels. Experiments were performed for channels with internal diameter of 1.1mm and 200 mm long for DI-water, nanofluids containing alumina- (nanoparticles diameters of 20-30 and 40-80 nm), silicon dioxide (nanoparticles diameters of 15 and 80 nm), and copper (nanoparticles diameter of 25 nm). These solutions were evaluated for volumetric concentrations of 0.001, 0.01 and 0.1%, mass velocities of 200, 400 and 600 kg/m2s and heat fluxes from 20 to 350 kW/m2. The analysis of the results revealed that the addition of nanoparticles to DI-water causes an increment in the Nusselt number for single phase flows, especially at the inlet of the tube. The results for flow boiling indicated that the effects of adding nanoparticles to the base fluid are related to the deposition on the heating surface of a nanoparticles porous layer due to the boiling process. The deposition of nanoparticles smaller than 30 nm promoted a reduction of the heat transfer coefficient compared to DI-water on a clean surface, and thermal instabilities were minimized. For the deposition of nanoparticles larger than 40 nm these parameters did not presented significant variations in comparison to DI-water. A combined analysis of the surfaces finishing and the criterion of Kandlikar et al. (1997) for bubble nucleation revealed that such behaviors are correlated to the effects of the surface texture associated to the boiling process on the density of active nucleation cavities.

Em sistemas frigoríficos de compressão a vapor, o evaporador é o equipamento responsável direto pela retirada de calor de ambientes refrigerados. Por esta razão, este componente é a fonte de investigação do presente estudo, o qual teve por objetivo principal a busca por alternativas para a melhoria de desempenho térmico em sistema frigoríficos. Isto posto, o trabalho foi desenvolvido em três frentes de estudo, as quais encontram-se interligadas entre si: desenvolvimento de programa de simulação de serpentinas resfriadoras; realização de ensaios para determinação das capacidades de trocadores de calor; e revisão bibliográfica circunstanciada do coeficiente de transferência de calor do lado do ar. O programa de simulação desenvolvido, o qual tomou como base o modelo proposto por Rich, mostrou-se ser uma ótima ferramenta de trabalho, tanto no meio acadêmico como no industrial. Como conseqüência da elaboração do programa, fez-se uso de correlações já existentes para determinação dos coeficientes de transferência de calor do lado do refrigerante, Bo Pierre, e do lado do ar, McQuiston, sendo esta última escolhida a partir de um sumário de correlações levantadas quando no estudo dos coeficientes de transferência de calor descritos acima. Para que o programa fosse validado como ferramenta de trabalho, foram realizadas simulações dos ensaios das serpentinas testadas e seus resultados confrontados. Tais resultados apresentam uma adequada concordância,possibilitando validar o programa. Os ensaios foram realizados segundo recomendações da norma ASHRAE 25/1992. Dos dados obtidos nos testes, também foi proposto uma correlação para o fator j-Colburn para superfícies secas; no entanto, tratou-se apenas de especular acerca de seu comportamento com as demais correlações, as quais obtiveram boa concordância. / In refrigerating systems of compression to vapour, the evaporator is the direct responsible equipment for remove of heat of cooling environments. In this way, the component is the source of investigation of the present study, which had for main objective the search for alternatives to improvement the performance thermal in refrigeration systems. The research was developed in three studies fronts, that are connected each other: development of program of simulation of cooling coils; tests to find the performance of heat exchange; and revision bibliographical of the coefficient of heat transfer of air. The developed simulation program, based in the Rich\'s model, it showed to be a good work tool, as in the academic, as in the industrial behaviour. As consequence of the elaboration the program, it was used existents correlations to calculation the coefficients of refrigerant heat transfer, Bo Pierre, and to air, McQuiston, the last one was choose from a correlation\'s summary. Same simulations were made to validated the program of the tested serpentines and the results were confronted. Such results presented an appropriate agreement that contributed to validate the program. The tests were accomplished according to recommendations of the norm ASHRAE 25/1992. One correlation was proposed for the factor j-Colburn for dry surfaces in base of the testes results; however, the purpose was to speculated its behaviour with the other correlations, which obtained good agreement.

Submitted by IGOR SEICHO KIYOMURA null (igorseicho@gmail.com) on 2016-09-12T14:07:49Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_Igor Seicho Kiyomura.pdf: 3224196 bytes, checksum: d71f4ad45145d3dc7f441a0090d3b373 (MD5) / Approved for entry into archive by Felipe Augusto Arakaki (arakaki@reitoria.unesp.br) on 2016-09-14T19:13:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 kiyomura_is_me_ilha.pdf: 3224196 bytes, checksum: d71f4ad45145d3dc7f441a0090d3b373 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-14T19:13:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 kiyomura_is_me_ilha.pdf: 3224196 bytes, checksum: d71f4ad45145d3dc7f441a0090d3b373 (MD5) Previous issue date: 2016-07-29 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Nas últimas décadas surgiu a necessidade de dissipar maiores quantidades de energia térmica, fato que acarretou no aumento do número de estudos em ebulição nucleada e convectiva com o objetivo de produzir trocadores de calor cada vez mais eficientes e compactos. A busca de produtos cada vez mais eficientes e compactos e a procura de novas técnicas para melhorar a transferência de calor, garantindo a integridade física do equipamento, continuam crescendo e a tendência é que continuará assim nos próximos anos. Uma das técnicas que está sendo amplamente pesquisada na comunidade cientifica é o uso de nanofluidos. Os nanofluidos foram desenvolvidos com o intuito de melhorar a condutividade e a difusividade térmica em relação aos fluidos tradicionais. Muitos experimentos com nanofluidos têm sido desenvolvidos nos últimos anos, mas ainda existem muitas divergências a respeito do efeito desses fluidos sobre o fenômeno de ebulição. Dentro deste contexto, o presente trabalho tem como objetivo a análise teórico-experimental do efeito de superfícies nanoestruturadas e da concentração do nanofluido, a ser depositado sobre a superfície aquecedora, sobre o coeficiente de transferência de calor em regime de ebulição nucleada. Para tanto, testes foram realizados para fluxos de calor que correspondem ao regime de ebulição nucleada da água deionizada, à temperatura de saturação (Tsat = 99 °C) e à pressão atmosférica (patm = 98 kPa), sobre superfícies aquecedoras de cobre com diferentes rugosidades. As superfícies nanoestruturadas foram produzidas por deposição de nanopartículas de maguemita, por meio do processo de ebulição da solução Fe2O3-água deionizada para diferentes concentrações mássicas previamente estabelecidas. As superfícies foram submetidas a ensaios metalográficos, de molhabilidade e de rugosidade permitindo a avaliação das modificações estruturais, topográficas e químicas das superfícies, antes e após os testes no regime de ebulição nucleada. Os resultados para o coeficiente de transferência de calor foram relacionados com as características geométricas e morfológicas das superfícies de teste, levando em consideração os aspectos relacionados à interação fluido/superfície, como, o ângulo de contato e a molhabilidade. / In the last decade, the necessity to dissipate large quantities of heat energy increased, thus leading to an increase on the number of studies in nucleate pool boiling and flow boiling with the aim of producing more compact and efficient heat exchangers. The search for increasingly efficient and compact products and for new techniques to improve the heat transfer, ensuring the physical integrity of the equipment, keep growing and it will remain so in the next years. One of the techniques being widely researched in the scientific community is the use of nanofluids. The nanofluids have been developed in order to improve the thermal conductivity and diffusivity compared to traditional fluids. Although many experiments with nanofluids have been developed in recent years, there are still many differences related to the effects of these fluids on the pool boiling phenomenon. In this context, this work aims to analyze the effects of nanostructured surfaces and different nanofluid concentrations, which are deposited on the heating surface, on the heat transfer coefficient during the nucleate boiling regime. Therefore, tests were performed to heat fluxes values corresponding to the nucleate boiling regime for deionized water, at saturation temperature (Tsat = 99 °C) and atmospheric pressure (patm = 98 kPa), on copper heating surfaces with different roughness values. The nanostructured surfaces were produced by maghemite nanoparticle deposition, which is achieved by boiling selected mass concentrations of a Fe2O3-deionized water nanofluid. Prior and after each boiling test, the characteristics of the test surfaces were evaluated by applying the metallographic, wettability and surface roughness tests. The results for the heat transfer coefficient were related to the geometrical and morphological characteristics of the test surfaces, taking into account the aspects of the flu-id/surface interaction such as, the contact angle and wettability. / FAPESP: 2014/07949-9

Orientador: Elaine Maria Cardoso / Resumo: Nas últimas décadas surgiu a necessidade de dissipar maiores quantidades de energiatérmica, fato que acarretou no aumento do número de estudos em ebulição nucleada e convectivacom o objetivo de produzir trocadores de calor cada vez mais eficientes e compactos. Abusca de produtos cada vez mais eficientes e compactos e a procura de novas técnicas paramelhorar a transferência de calor, garantindo a integridade física do equipamento, continuamcrescendo e a tendência é que continuará assim nos próximos anos. Uma das técnicas que estásendo amplamente pesquisada na comunidade cientifica é o uso de nanofluidos. Os nanofluidosforam desenvolvidos com o intuito de melhorar a condutividade e a difusividade térmicaem relação aos fluidos tradicionais. Muitos experimentos com nanofluidos têm sido desenvolvidosnos últimos anos, mas ainda existem muitas divergências a respeito do efeito dessesfluidos sobre o fenômeno de ebulição. Dentro deste contexto, o presente trabalho tem comoobjetivo a análise teórico-experimental do efeito de superfícies nanoestruturadas e da concentraçãodo nanofluido, a ser depositado sobre a superfície aquecedora, sobre o coeficiente detransferência de calor em regime de ebulição nucleada. Para tanto, testes foram realizadospara fluxos de calor que correspondem ao regime de ebulição nucleada da água deionizada, àtemperatura de saturação (Tsat = 99 °C) e à pressão atmosférica (patm = 98 kPa), sobre superfíciesaquecedoras de cobre com dif... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In the last decade, the necessity to dissipate large quantities of heat energy increased,thus leading to an increase on the number of studies in nucleate pool boiling and flow boilingwith the aim of producing more compact and efficient heat exchangers. The search for increasinglyefficient and compact products and for new techniques to improve the heat transfer,ensuring the physical integrity of the equipment, keep growing and it will remain so in thenext years. One of the techniques being widely researched in the scientific community is theuse of nanofluids. The nanofluids have been developed in order to improve the thermal conductivityand diffusivity compared to traditional fluids. Although many experiments withnanofluids have been developed in recent years, there are still many differences related to theeffects of these fluids on the pool boiling phenomenon. In this context, this work aims to analyzethe effects of nanostructured surfaces and different nanofluid concentrations, which aredeposited on the heating surface, on the heat transfer coefficient during the nucleate boilingregime. Therefore, tests were performed to heat fluxes values corresponding to the nucleateboiling regime for deionized water, at saturation temperature (Tsat = 99 °C) and atmosphericpressure (patm = 98 kPa), on copper heating surfaces with different roughness values. Thenanostructured surfaces were produced by maghemite nanoparticle deposition, which isachieved by boi... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Em sistemas frigoríficos de compressão a vapor, o evaporador é o equipamento responsável direto pela retirada de calor de ambientes refrigerados. Por esta razão, este componente é a fonte de investigação do presente estudo, o qual teve por objetivo principal a busca por alternativas para a melhoria de desempenho térmico em sistema frigoríficos. Isto posto, o trabalho foi desenvolvido em três frentes de estudo, as quais encontram-se interligadas entre si: desenvolvimento de programa de simulação de serpentinas resfriadoras; realização de ensaios para determinação das capacidades de trocadores de calor; e revisão bibliográfica circunstanciada do coeficiente de transferência de calor do lado do ar. O programa de simulação desenvolvido, o qual tomou como base o modelo proposto por Rich, mostrou-se ser uma ótima ferramenta de trabalho, tanto no meio acadêmico como no industrial. Como conseqüência da elaboração do programa, fez-se uso de correlações já existentes para determinação dos coeficientes de transferência de calor do lado do refrigerante, Bo Pierre, e do lado do ar, McQuiston, sendo esta última escolhida a partir de um sumário de correlações levantadas quando no estudo dos coeficientes de transferência de calor descritos acima. Para que o programa fosse validado como ferramenta de trabalho, foram realizadas simulações dos ensaios das serpentinas testadas e seus resultados confrontados. Tais resultados apresentam uma adequada concordância,possibilitando validar o programa. Os ensaios foram realizados segundo recomendações da norma ASHRAE 25/1992. Dos dados obtidos nos testes, também foi proposto uma correlação para o fator j-Colburn para superfícies secas; no entanto, tratou-se apenas de especular acerca de seu comportamento com as demais correlações, as quais obtiveram boa concordância. / In refrigerating systems of compression to vapour, the evaporator is the direct responsible equipment for remove of heat of cooling environments. In this way, the component is the source of investigation of the present study, which had for main objective the search for alternatives to improvement the performance thermal in refrigeration systems. The research was developed in three studies fronts, that are connected each other: development of program of simulation of cooling coils; tests to find the performance of heat exchange; and revision bibliographical of the coefficient of heat transfer of air. The developed simulation program, based in the Rich\'s model, it showed to be a good work tool, as in the academic, as in the industrial behaviour. As consequence of the elaboration the program, it was used existents correlations to calculation the coefficients of refrigerant heat transfer, Bo Pierre, and to air, McQuiston, the last one was choose from a correlation\'s summary. Same simulations were made to validated the program of the tested serpentines and the results were confronted. Such results presented an appropriate agreement that contributed to validate the program. The tests were accomplished according to recommendations of the norm ASHRAE 25/1992. One correlation was proposed for the factor j-Colburn for dry surfaces in base of the testes results; however, the purpose was to speculated its behaviour with the other correlations, which obtained good agreement.

Dissipadores de calor baseados em microcanais são apresentados como solução para a remoção de fluxos de calor elevados em espaços restritos, pois proporcionam elevados coeficientes de transferência de calor quando comparados a canais convencionais. Tais trocadores também proporcionam elevadas razões entre a área superficial em contato com o refrigerante por unidade de volume do dissipador. Além dos microcanais, a utilização de nanofluidos também se apresenta como tecnologia com potencial de incremento do coeficiente de transferência de calor. Os nanofluidos consistem na adição de nanopartículas a um fluido base visando alterar suas propriedades de transporte termodinâmicas. Neste contexto, o objetivo do presente estudo é avaliar o coeficiente de transferência de calor para escoamentos monofásicos e ebulição convectiva de nanofluidos aquosos no interior de microcanais. Para isto, foram realizados experimentos em canais com diâmetro de 1,1 mm e comprimento de 200 mm para água deionizada, nanofluidos de alumina com diâmetros de 20-30 e 40-80 nm, nanofluidos de dióxido de silício com diâmetros de 15 e 80 nm, e nanofluidos de cobre com diâmetro de 25 nm. Estas soluções foram ensaiadas para concentrações volumétricas de nanopartículas de 0,001, 0,01 e 0,1, velocidades mássicas de 200, 400 e 600 kg/m2s e fluxos de calor de 20 a 350 kW/m2. A análise dos resultados revelou que a adição de nanopartículas a água deionizada proporciona o incremento do número de Nusselt para escoamentos monofásicos, principalmente na região inicial do tubo. Concluiu-se que os efeitos da adição de nanopartículas a um fluido base no coeficiente de transferência de calor durante a ebulição convectiva estão relacionados ao recobrimento da superfície com uma camada porosa. A deposição de nanopartículas com diâmetro inferior a 30 nm resultou na redução do coeficiente de transferência de calor e das instabilidades térmicas do escoamento em relação a água deionizada. O coeficiente de transferência de calor e as instabilidades térmicas não apresentaram variações significativas da deposição de nanopartículas com diâmetro superior a 40 nm. Por meio da análise da textura das superfícies recobertas e do critério de nucleação proposto por Kandlikar et al. (1997) concluiu-se que tal comportamento encontra-se associado aos efeitos do acabamento superficial na densidade de cavidades de nucleação ativas. / Microchannels based heat exchangers were introduced as a solution to high heat flux removal in restrict spaces due to their high heat transfer coefficients compared to heat exchangers based on conventional channels. The high ratio of surface are per volume is an additional advantage to microchannels in relation to conventional channels. Beside the microchannels technology, the nanofluids also present itself as a technique with potential to increase the heat transfer coefficient. Nanofluids consist of a solution containing nanoparticles dispersed in a base fluid with the goal to improve its thermodynamic and transport properties. In this context, the objective of the present study is to evaluate the heat transfer coefficient for single-phase flow and convective boiling of aqueous nanofluids inside microchannels. Experiments were performed for channels with internal diameter of 1.1mm and 200 mm long for DI-water, nanofluids containing alumina- (nanoparticles diameters of 20-30 and 40-80 nm), silicon dioxide (nanoparticles diameters of 15 and 80 nm), and copper (nanoparticles diameter of 25 nm). These solutions were evaluated for volumetric concentrations of 0.001, 0.01 and 0.1%, mass velocities of 200, 400 and 600 kg/m2s and heat fluxes from 20 to 350 kW/m2. The analysis of the results revealed that the addition of nanoparticles to DI-water causes an increment in the Nusselt number for single phase flows, especially at the inlet of the tube. The results for flow boiling indicated that the effects of adding nanoparticles to the base fluid are related to the deposition on the heating surface of a nanoparticles porous layer due to the boiling process. The deposition of nanoparticles smaller than 30 nm promoted a reduction of the heat transfer coefficient compared to DI-water on a clean surface, and thermal instabilities were minimized. For the deposition of nanoparticles larger than 40 nm these parameters did not presented significant variations in comparison to DI-water. A combined analysis of the surfaces finishing and the criterion of Kandlikar et al. (1997) for bubble nucleation revealed that such behaviors are correlated to the effects of the surface texture associated to the boiling process on the density of active nucleation cavities.

Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-04-14T14:26:08Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_ProjetoConstrucaoAfericao.pdf: 2476951 bytes, checksum: 8660f7f43264a3a0631eadc813f2484d (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva (arosa@ufpa.br) on 2014-09-01T15:10:20Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_ProjetoConstrucaoAfericao.pdf: 2476951 bytes, checksum: 8660f7f43264a3a0631eadc813f2484d (MD5) / Made available in DSpace on 2014-09-01T15:10:20Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_ProjetoConstrucaoAfericao.pdf: 2476951 bytes, checksum: 8660f7f43264a3a0631eadc813f2484d (MD5) Previous issue date: 2007 / CEFET/PA - Centro Federal de Educação Tecnológica do Pará / O estudo das estruturas de solidificação em função dos parâmetros térmicos é de fundamental importância para o comportamento mecânico dos materiais metálicos. Assim, tais estruturas são bastante influenciadas pelas condições de extração de calor do sistema metal/molde durante o processo de solidificação. Considerando o exposto, o principal objetivo deste trabalho é projetar, construir e aferir um dispositivo capaz de representar o processo de solidificação unidirecional horizontal refrigerado à água onde o efeito da convecção solutal é considerado. A aferição do dispositivo de solidificação em questão foi realizada através da avaliação da unidirecionalidade dos grãos colunares por meio da caracterização das macroestruturas das ligas Al-4%Cu, Sn-5%Pb, Sn-15%Pb e Sn-20%Pb. Os resultados experimentais obtidos da posição da isoterma liquidus em função do tempo são comparados com aqueles fornecidos por um modelo numérico proposto na literatura. Finalmente, é realizada uma comparação entre os valores dos coeficientes de transferência de calor na interface metal/molde levantados no dispositivo construído, com aqueles obtidos por outros trabalhos desenvolvidos recentemente para o caso da solidificação unidirecional vertical ascendente e descendente. / The aim is about the solidification structures of thermal parameters is important to mechanic behaviour of the metallic materials. These structures are influenced by means of heat removal conditions of metal/ mould system during the solidification process. Despite of this, some mathematic models have been developed to appraise the structural and thermal variation mainly considering the upright unidirectional solidification process . This research plans to project, construct and check up one device in order to be able to represent the horizontal unidirectional solidification process cooled by water which considers the solute convection effects. To check up the solidification device, a comparative study was done between the representative experimental bend of metal´s thickness solidification related to time to Al-4%Cu, Sn-5%Pb, Sn-15%Pb e Sn-20%Pb alloys. The present results shows positive consonances. The unidirectional aspect of the heat removal constructed was estimate trough the macrostructure characterization of the studied alloys. Finally a comparative study is done between values of the interface metal/mold heat transfer coefficient obtained trough other newly works developed about ascendant and descendent unidirectional solidification process.

Orientador: Elaine Maria Cardoso / Resumo: Dissipadores de calor compactos, baseados em microcanais, têm se mostrado um meio eficaz para o resfriamento de dispositivos de alta densidade de energia, tais como microprocessadores, além de proporcionarem redução de material utilizado para a fabri-cação e do inventário de fluido refrigerante necessário. Sistemas bifásicos que operam com fluidos refrigerantes proporcionam coeficientes de transferência de calor elevados para baixos valores de velocidade mássica e uma distribuição de temperatura mais uni-forme na superfície. O presente estudo teve por objetivo avaliar experimentalmente o desempenho de um dissipador de calor baseado em microcanais, em condições de ebuli-ção convectiva saturada do fluido HFE-7100. O dissipador, em cobre eletrolítico, possui 33 microcanais de seção retangular com dimensões de 10 mm de comprimento, 200 μm de largura, 500 μm de altura e espaçados 100 μm entre si. A eficiência térmica do dissi-pador foi avaliada utilizando como fluido de trabalho o HFE-7100 (fluido refrigerante com baixo ozone depleting potencial, ODP, e global warming potential, GWP). Dados experimentais para o coeficiente de transferência de calor (CTC) e perda de pressão fo-ram obtidos em condições de escoamento monofásico e bifásico saturados, para diferen-tes valores de velocidades mássicas. As condições testadas foram de fluxo de calor im-posto (footprint) variando de 50 a 700 kW/m², com velocidades mássicas do fluido entre 392 e 875 kg/m²s, obtendo coeficientes de transferên... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Microchannel-based heat sinks have been shown to be an effective way of cool-ing high-density energy devices such as microprocessors, as well as reducing the material used to manufacture the exchangers and the required refrigerant inventory. Two-phase flow systems that operate with refrigerant fluids provide high heat transfer coefficients with low mass flux values and more uniform temperature distribution on the surface. The present study aimed to evaluate experimentally the performance of a heat sink based on microchannels under saturated conditions of convective boiling of HFE-7100 fluid. The analyzed heat sink has 33 rectangular section microchannels measuring 10 mm length, 200 μm wide, 500 μm high and spaced 100 μm apart. The heat sink was evaluat-ed using HFE-7100 (low ozone-depleting potential, ODP, and global warming potential, GWP) as working fluid. Experimental data for the heat transfer coefficient and pressure drop were obtained under saturated single and two-phase flow conditions for different values of mass velocities. An experimental apparatus was assembled and validated for the accomplishment of testing. As experimental conditions, the heat flux was applied in a range from 50 to 700 kW/m², with mass flux from 392 and 875 kg/m²s, obtaining a heat transfer coefficient of 60 kW/m² and pressure drop up to 12 kPa. By decreasing the mass flux and the input of the subcooling the HTC increases; the pressure drop increases monotonically with the increase in the mass fl... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

A presente pesquisa envolve um estudo teórico-experimental da transferência de calor e da perda de carga na condensação e no escoamento monofásico de fluidos refrigerantes halogenados no interior de lâminas com micro canais. Os ensaios consideram o fluido refrigerante puro R-134-a e a mistura quase azeotrópica R-410A. As lâminas estudadas envolvem micro canais de seção quadrada de Dh = 1,214 mm e de seção circular de Dh = 1,494 mm. Os ensaios de líquido subresfriado compreendem velocidades mássicas de 390 a 1360 Kg/sm2 para um temperatura de saturação de 40ºC e subresfriamento de 10ºC. Por sua parte, os ensaios foram realizados considerando um fluxo de calor constante de 5 kW/m2, títulos de vapor de 0,1 a 0,9, velocidades mássicas de 410 a 1135 kg/sm2, temperaturas de saturação de 40 a 50ºC e misturas óleo-refrigerante com concentrações de óleo em massa de 0,25 e 0,45%. Para cada condição de ensaio foram avaliados o coeficiente de transferência de calor e a queda de pressão por atrito na lâmina ensaiada. Os resultados para escoamento monofásico apresentaram consistência com relação às correlações típicas aplicáveis a transferência de calor e perda de carga para regime turbulento em tubos convencionais, apresentando, em média, valores de 12% superiores. Na maioria das condições de ensaios de condensação, segundo mapas de escoamento disponíveis na literatura, foi identificado o domínio do padrão estreitamento anular. Este comportamento foi aferido pelos resultados experimentais de perda de carga mostrando dependência quase exclusiva do parâmetro de Martinelli, e o mecanismo conectivo como principal mecanismo de transferência de calor, característico no padrão anular. Os resultados de condensação foram correlacionados a partir de abordagens empíricas em função do parâmetro de Martinelli e o conceito de velocidade mássica equivalente. Assim como, a partir de uma abordagem semi-empírica considerando um modelo anular que permite avaliar os mecanismos principais de transferência de calor e quantidade de movimento, avaliando a espessura do filme de líquido na parede do canal. Finalmente, os resultados experimentais e os obtidos a partir das correlações desenvolvidas são comparados com estudos disponíveis na literatura relativos a lâminas com micro canais. / This project involves a theoretical-experimental study of heat transfer and pressure drop in condensation and single phase flow of halogen refrigerants in microchannel tubes. The tests include the pure refrigerant R-134a and quasi azeotropic mixture R-410A. The microchannel tubes tested include one with square ports of Dh = 1,214 mm and other with circular port of Dh = 1,494 mm. The subcooled liquid tests considered the mass velocities of 390 to 1360 kg/sm2, the saturation temperature of 40ºC and subcooled of 10ºC. The condensing tests considered a constant heat flux of 5 kW/m2, vapor quality of 0,15 to 0,9, mass velocities of 410 to 1135 kg/sm2, saturation temperature of 40 to 50ºC and oil-refrigerant mixtures with oil mass concentrations of 0,25 and 0,45%. For each test condition was evaluated the coefficient of heat transfer and frictional pressure drop in the microchannel tube. The single phase results agree with typical correlations used in conventional tubes to evaluate the heat transfer and pressure drop in turbulent flow, even though the most of experimental date are 12% higher. The most of flow patterns in condensation were identified as annular using the flow patterns maps available on literature. This behavior was verified through pressure drop results, which show exclusive dependence on Martinelli Parameter. The heat transfer results show that the main heat transfer mechanism was convective, typical in annular flow. The results of condensation were correlated from empirical approachs using the Martinelli parameter and the equivalent mass velocity concept. And, also a semi-empirical approach modeling the annular flow to evaluate the mechanism of heat transfer through the liquid film around the wall of the tube. Finally, the experimental results and the results obtained through the models were compared with correlations referred to microchannels available on the literature.

A pesquisa realizada tratou do estudo da transferência de calor e do fluxo crítico durante a ebulição convectiva no interior de canais de diâmetro reduzidos a partir de dados levantados em bancadas experimentais construídas para esta finalidade. Extensa pesquisa bibliográfica foi efetuada e os principais métodos disponíveis para previsão de coeficiente de transferência de calor, fluxo crítico e mapas de escoamento foram levantados. Os resultados obtidos foram parametricamente analisados e comparados com os métodos da literatura. Pela primeira vez para microcanais, resultados experimentais foram levantados por um mesmo autor em laboratórios distintos buscando verificar a tendência e comportamentos. Tal comparação tem sua importância destacada em face das elevadas discrepâncias observadas na literatura quando resultados de autores distintos, obtidos em condições similares, são comparados. Os resultados levantados foram utilizados na elaboração de modelos que consideram os padrões de escoamento observados em microcanais. A incorporação dos padrões permitiu o desenvolvimento de modelos mecanísticos para coeficiente de transferência de calor, fluxo crítico e critérios para a caracterização da transição entre macro e microcanais baseados na formação do padrão de escoamento estratificado e na simetria do filme líquido no escoamento anular. / This research comprises an experimental and theoretical study on flow boiling heat transfer and critical heat flux inside small diameter tubes based on data obtained in experimental facilities specially designed for this purpose. A broad literature review was carried out and the main methods to predict the heat transfer coefficient, critical heat flux and flow patterns were pointed out. The experimental results were parametrically analyzed and compared against the predictive methods from literature. For the first time, microchannels experimental results obtained by an unique researcher in distinct laboratories were compared and a reasonable agreement was observed. The importance of such a comparison is high-lighted for flow boiling inside microchannels due to the high discrepancies ob-served when results from independent laboratories obtained under similar experimental conditions are compared. Moreover, the experimental results obtained in the present study were used to develop correlations and models for the heat transfer coefficient and heat flux that takes into account the flow patterns observed in microchannels. The heat transfer coefficient and critical heat flux models were developed based on mechanistic approach. In addition, criteria to characterize macro to microchannel transition were proposed based in the occurrence of the stratified flow pattern and the liquid film symmetry under annular flow conditions.