[pt] A ebulição nucleada é o regime de ebulição de maior interesse para a maioria das aplicações práticas. Neste regime, altos fluxos de calor podem ser atingidos de uma maneira estável, para moderados superaquecidos da superfície. Neste trabalho, é desenvolvido um aparato experimental para o estudo dos fatores que afetam a ebulição nucleada. Este aparato experimental é testado, fazendo-se ensaios de ebulição nucleada em uma seção de teste anular, para um escoamento de água subresfriada. São realizadas ensaios variando os seguintes parâmetros: pressão, velocidade do fluíio e temperatura de entra da do fluido na seção de teste. O desempenho do aparato experimental é analisado através dos resultados obtidos e dos problemas surgidos durante o experimento. / [en] Nucleate boiling is the most interesting boiling regime for practical applications. Such regime is characterized by very high heat transfer rates with only small surface superheating. In this work, an experimental apparatus is developed for the study of the parameters that effect nucleate boiling. The experimental setup is tested for nucleate boiling in an annular test section with subcooled water flow. The following parameters are analyzed: pressure, fluid velocity and the fluid temperature at the test section entrance. The performance of the experimental apparatus is analyzed by the results and by the problems raised by the operation of the setup.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T06:45:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 279948.pdf: 1756821 bytes, checksum: 1c5b98b3aa2dabd64fe3efc52a077040 (MD5) / O objetivo no presente trabalho é o de analisar em laboratório, sob aceleração da gravidade terrestre, g=9,8 m/s², o comportamento da ebulição nucleada subresfriada do n-Pentano, com e sem confinamento. As condições termodinâmicas de teste são próximas daquelas em que será testada a câmara de ebulição do presente estudo, sob microgravida-de, g ? 10-6 m/s², em um vôo do foguete suborbital VSB-30, pelo Pro-grama Microgravidade, gerenciado pela Agência Espacial Brasileira (AEB), cujo lançamento, previsto inicialmente para setembro de 2009, foi adiado para o corrente ano. Foram analisados os coeficientes de transferência de calor para a ebulição nucleada em condições específicas de nível de confinamento e temperatura inicial do fluido, para intervalo de tempo de 360 s, mesma duração do experimento em microgravidade. Uma particularidade do presente estudo é a variação de pressão da câmara de ebulição durante os testes. A seção de teste é um disco de cobre de 12 mm de diâmetro com a superfície aquecida de face voltada para baixo. O nível de confi-namento do líquido que ocupa o espaço próximo à seção de teste é ca-racterizado pela distância s entre o disco aquecido e o fundo da câmara de ebulição. Foram testados quatro valores de s: dois que representam uma condição confinada (s = 0,3 e 0,9 mm) e outros dois para condições não confinadas (s = 10,4 e 11 mm). Os fluxos de calor empregados po-dem ser considerados baixos e moderados (q"? 60 kW/m²). Os resultados mostraram uma queda do coeficiente de transferên-cia de calor quando se reduz s. Comportamento semelhante foi observa-do quando há uma redução da temperatura inicial do líquido no interior da câmara de ebulição, mantido o nível de confinamento. Os resultados experimentais foram comparados por duas correlações empíricas basea-das em grupos adimensionais, para os casos com e sem confinamento. Uma explicação dos mecanismos importantes durante a ebulição nucle-ada subresfriada e a visualização por meio de fotografias do fenômeno de ebulição também são apresentadas.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T14:29:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 289276.pdf: 11639305 bytes, checksum: 1d310856c6ae5f84e035214fce2b1666 (MD5) / O desenvolvimento de novas tecnologias, associado a uma minimização dos custos de fabricação e instalação, necessita de uma dissipação de densidades de fluxos de calor cada vez maiores. A transferência de calor associada à mudança de fase continua sendo objeto atual de estudo, em função dos elevados coeficientes de transferência de calor, com aplicações na refrigeração de componentes eletrônicos ou no princípio de funcionamento de diversos sistemas de conversão de energia que possam depender da eficiência do evaporador. No caso da ebulição nucleada confinada faz-se necessário um estudo mais aprofundado, a fim de aperfeiçoar sua utilização como técnica de intensificação e também minimizar os riscos que o confinamento implica quando é imposto pelo projeto, pois pode ocasionar problemas vinculados ao desencadeamento prematuro do fluxo crítico, o qual representa o limite de operação do sistema no regime de ebulição nucleada. Este trabalho tem como objetivo estudar os mecanismos envolvidos na ebulição nucleada, e assim, quantificar o efeito dos principais parâmetros que influenciam a ebulição nucleada confinada. A fim de analisar o regime de ebulição confinada e não confinada, foram realizados testes para fluxos de calor que correspondem à ebulição nucleada, para o fluido n-Pentano, à temperatura de saturação e pressão de 1bar. Diferentes graus de confinamento foram estudados (0,1mm ? s ? 13mm). Foram utilizadas três seções de testes a fim de analisar o tratamento e o diâmetro da superfície aquecida. Os resultados experimentais para o coeficiente de transferência de calor foram comparados com os valores previstos por correlações da literatura e uma visualização do fenômeno de ebulição permitiu melhor compreensão do comportamento das bolhas de vapor nos diferentes graus de confinamento. Através dos dados experimentais foram desenvolvidas duas correlações empíricas baseadas em grupos adimensionais, para os casos com e sem confinamento. / The development of new technologies associated with a reduction in manufacturing and installation costs requires the dissipation of increasing heat flux. The heat transfer associated with the phase change continues to be studied focusing on the achieving high heat transfer coefficients, with applications such as the cooling of electronic components or as a basis for diverse energy conversion systems that rely on the efficiency of the evaporator. A deep analysis is necessary in the case of confined nucleate boiling in order to perfect its use as an intensification technique and also to minimize the risks associated with confinement when it is imposed on a design, because it can cause problems linked to the premature occurrence critical heat flux, which represents the limit of operation of the system in the nucleate boiling regime. This work aims to study the mechanisms involved in nucleate boiling, and thus, quantify the effect of the main parameters that influence the confined nucleate boiling. In order to analyze the confined and unconfined nucleate boiling regime, tests were made for heat fluxes corresponding to nucleate boiling, for the fluid n-Pentane, at saturation temperature and pressure of 1 bar. Different degrees of confinement were studied (0.1 mm ? s ? 13mm). It was used three different tests sections to analyze the roughness and the diameter of the heating surface. The experimental results for the heat transfer coefficient were compared with those predicted by correlations from literature and a visualization of the boiling phenomenon allowed a better understanding the behavior of vapor bubbles in different degrees of confinement. Two empirical correlations based on dimensionless groups, for cases with and without confinement, were developed through experimental data.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T19:30:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 228300.pdf: 1596249 bytes, checksum: ccd490abf00220434568a191612fae87 (MD5) / As misturas não-azeotrópicas de dois fluidos vêm sendo empregadas com relativo sucesso em várias aplicações da área de refrigeração, em particular na substituição dos cloro-fluor-carbonos (CFCs), podendo ser empregadas como fluidos refrigerantes em evaporadores, em uma faixa ampla de condições de operação, em função da concentração mássica. Os fluidos dielétricos, por sua vez, são de interesse no resfriamento de componentes eletrônicos, tanto em aplicações terrestres quanto espaciais.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-23T07:57:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 255888.pdf: 3258852 bytes, checksum: 148a50027ddace968487c6df0019415c (MD5) / O presente trabalho apresenta resultados experimentais referentes ao regime de ebulição nucleada do R-134a saturado em superfícies externas de tubos de cobre liso e microaletado. Os testes foram realizados para pressões variando entre 6,1 e 12,2 bar e fluxos de calor compreendidos entre 0,1 e 100 kW/m2. Este trabalho inclui, ainda, a análise da distribuição circunferencial do coeficiente de transferência de calor (h), a comparação dos h experimentais com os h calculados pelas principais correlações existentes na literatura e visualizações do fenômeno de ebulição para diferentes condições de teste. A análise dos resultados mostrou que o confinamento de bolhas nas aletas e a rugosidade da superfície aquecedora do tubo de cobre microaletado, cuja estrutura foi obtida pela usinagem convencional, foram determinantes para se obter uma estabilização no crescimento do h em determinadas faixas de fluxo de calor e pressões, indicando um possível início de secagem da superfície aquecedora. Em adição, as visualizações mostraram que a formação de "bolsões" de vapor na região inferior do tubo também contribuiu para que esta estabilização do h fosse atingida.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2008. / Made available in DSpace on 2012-10-24T01:56:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 274600.pdf: 2552864 bytes, checksum: b6d93b17b5b310d86ebd435b05b602dc (MD5) / No presente trabalho, é apresentado um estudo experimental sobre a transferência de calor e a queda de pressão no processo de ebulição convectiva em um mini-canal anular, utilizando como fluido refrigerante o n-Pentano, para pressões e temperaturas de entrada na seção de teste de 150,0 e 200,0 kPa, e 27,0 e 40,0 oC, respectivamente. Foram empregadas velocidades mássicas de até 337,8 kg/m2s, para fluxos de calor q < ou = 60,0 kW/m2. A seção de teste é formada por dois tubos, um interno de cobre onde é realizado o aquecimento, e outro externo de acrílico, montados concentricamente, com uma folga entre eles de 0,25 mm, formando assim um mini-canal anular de diâmetro hidráulico de 0,5 mm. O projeto e a construção de um circuito de ebulição convectiva e da seção de teste foram inteiramente desenvolvidos durante o presente trabalho de mestrado. São analisados os efeitos de velocidade mássica, de pressão, e da temperatura de entrada, e do fluxo de calor sobre o coeficiente de transferência de calor para a ebulição. Os dados experimentais para o coeficiente de transferência de calor foram comparados com as correlações de Kandlikar (1990), Liu e Winterton (1991), Warrier (2002), Lazarek e Black (1982) e Steiner e Taborek (1992). Os dados referentes à queda de pressão bifásica foram comparados com o modelo de fases separadas para três diferentes valores do parâmetro de Chisholm (C). Imagens fotográficas relativas ao processo de ebulição convectiva em um minicanal anular também são apresentadas e analisadas. / In this work, it is presented an experimental study of heat transfer of and the pressure drop in the process of convective boiling in an annular mini-channel, using as fluid refrigerant the n-Pentane, to pressures and temperatures of entry in the test section were 150,0 and 200,0 kPa, and 27,0 and 40,0 ° C, respectively. They were employed flux mass of up to 337,8 kg/m2s for heat flux q < ou = 60.0 kW/m2. The test section is composed of two tubes, one internal copper, where the heating is performed, and other external acrylic, mounted concentric, with a gap between them of 0,25 mm, thus forming an annular mini-channel of diameter hydraulic of 0,5 mm. The design and construction of a circuit of convective boiling in the test section were fully developed during the present work the Masters. We will be analyzed the effects of mass flux, pressure, and temperature input, and the heat flux on the heat transfer coefficients for boiling. Experimental data for the heat transfer coefficients were compared with the correlations of Kandlikar (1990), Liu and Winterton (1991), Warrier (2002), Lazarek and Black (1982) and Steiner and Taborek (1992). The data relating to the collapse of pressure two-phase flow are compared with the model of separate phases for three different parameter values of Chisholm (C). Photographic images relating to the process of convective boiling in a mini-channel annular are also presented and analyzed.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-22T08:11:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 257311.pdf: 5398547 bytes, checksum: faeb66b60e5ca07b4404436e2d674088 (MD5) / Durante os últimos anos, o estudo dos regimes de ebulição nucleada e ebulição convectiva no interior de tubos tem se intensificado, orientado, inicialmente, para o desenvolvimento de correlações empíricas para os coeficientes de transferência de calor e modelos para cálculo do gradiente de pressão. Estes regimes estão presentes na maioria dos sistemas de refrigeração, aero-espacial e da indústria de petróleo e gás. Neste trabalho de doutorado propõe-se a análise teórica e experimental da transferência de calor em tubos lisos e micro-aletados nos regimes de ebulição nucleada e de ebulição convectiva. Apresentando-se como motivações a obtenção de resultados experimentais para o coeficiente de transferência de calor, como também a obtenção de visualizações do escoamento utilizando uma câmera fotográfica digital de alta definição. Os resultados experimentais obtidos serão comparados com outros dados experimentais e, também, com modelos e correlações encontrados na literatura. A partir de uma análise dimensional e dos dados experimentais obtidos por Bandarra Filho (2002) e Seo e Kin (2003) foi obtida uma correlação utilizando algo ritmos genéticos como método de minimização. Os dados experimentais deste trabalho foram comparados com a correlação obtida. O Fluido de trabalho empregado é refrigerante o HCFC-141b, fabricado pela Dupont, com as propriedades termo-fisicas já conhecidas e avaliadas utilizando dados disponíveis no NIST. Este fluido se caracteriza por ter o ponto de ebulição, à pressão atmosférica, próximo de 50°C. A bancada experimental se apresenta em circuito fechado, onde o fluido de trabalho é circulado por intermédio de uma bomba centrífuga. O fluido é aquecido através de um fluxo de calor prescrito na parede dos tubos. O fluido é levado à saturação e entra ebulição em um conjunto quatro de pré-aquecedores de 4 m de comprimento total. As condições de teste são determinadas para que na seção de teste o escoamento seja anular.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2013-07-16T01:10:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 221344.pdf: 1454600 bytes, checksum: 0bcfff72d44e97c4b4ef21e8a575a547 (MD5) / Este trabalho visa a análise do regime de ebulição nucleada, para fluxo de calor baixo a moderado (= 40kW/m2), dos fluidos FC-72 e FC-87 na temperatura de saturação e pressão atmosférica, para diferentes graus de confinamento (s = 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 1 e 13mm), com a superfície aquecida voltada para cima e para baixo.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-19T11:59:55Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-26T00:12:29Z : No. of bitstreams: 1 183792.pdf: 5116793 bytes, checksum: d4a2d672cdffe3b9cc33d5bffac95fb6 (MD5) / A necessidade de se desenvolver equipamentos cada vez mais compactos e com altas taxas de transferência de calor como, por exemplo, em trocadores de calor tipo placa, em evaporadores com tubos micro-aletados, entre outros, fez com que o estudo da ebulição se desenvolvesse nestas últimas décadas. No presente trabalho, são apresentados resultados experimentais referentes à transferência de calor por ebulição de placas planas para o fluido de resfriamento R-113, em banho, nos regimes de convecção natural e de ebulição nucleada, à pressão atmosférica e fluxos de calor baixo e moderado (< 45 kW/m2), com temperaturas do banho próximas de 20, 30 e 45 oC. Foram testadas duas placas de aço inoxidável, uma com deposição de alumínio e a outra sem. Foram analisados os efeitos da orientação da superfície aquecedora em relação ao vetor aceleração da gravidade e da temperatura do fluido refrigerante. O efeito quanto ao tipo de superfície também foi analisado. O coeficiente de transferência de calor experimental, para a placa lisa, foi comparado com os coeficientes obtidos pelas correlações de Rohsenow, Cooper, Borishanski e Stephan e Abdelsalam. Em todos os testes, o coeficiente de transferência de calor para a placa com superfície aquecedora voltada para baixo foi maior do que para o caso com a superfície aquecedora voltada para cima. Isto é devido à formação de grandes bolha de vapor com uma película de líquido entre estas e a superfície aquecedora, acarretando a vaporização da película de líquido.

[pt] Este trabalho prossegue a investigação sobre convecção forçada com ebulição de película em tubos verticais, na qual o regime de escoamento consiste de gotículas de líquido dispersas em vapor superaquecido. Um procedimento de cálculos já existe (baseado em um tamanho único médio de gota que sofre colapso e evapora ao longo do tubo) para determinar os fenômenos cinéticos e de transferência de calor. O principal objetivo do presente trabalho é introduzir uma mais realista distribuição nos tamanhos de gota no procedimento de cálculo com o intuito de determinar a validade do uso do tamanho único de gota para representar a real distribuição. Dados experimentais já existentes para ebulição de película de nitrogênio (70.00 menor do que G menor do que 190.000 ibm/hr/ft2 e 5.000 menor do que q / A menor do que 25.000 Btu/hr/ft2 em tubos de diâmetro interno de 0.228 menor do que D menor do que 0.462 polegadas e 8 pés de comprimento) foram usados no desenvolvimento do modelo analítico tanto para o estudo com tamanho único de gota como para tamanho múltiplo de gota. Para tamanho múltiplo de gota, o critério do número de Weber foi utilizado para prever o colapso da gota que se divide em 9 gotas menores de vários tamanhos. Os resultados do estudo com tamanho múltiplo de gota forneceram resultados semelhantes aos com tamanho único de gota, indicando de gota para descrever o fenômeno da ebulição de película com escoamento disperso. Também está incluída uma compilação de propriedade do nitrogênio, necessárias para os estudos deste trabalho. / [en] This work further investigates forced convection film boiling in vertical tubes, in whitch the flow regime consist of dispersed liquid droplets in a superheated vapor. Calculation procedures already exist (based on a single average size droplet that breaks up and evaporates as it flows along tube) for determining the kinetic and heat transfer phenomenas. The principal objective of the present work is to introduce a more realistic distribution of droplet in a superheated vapor. Calculation procedure already axist (based on a single average size droplet that braks up and evaporates as it flows along tube) for determining the kinetic and heat transfer phenomenas. The principal objective of the present work is to introduce a more realistic distribution of droplet sizes into the calculation procedure in order to determine the validity of using a single droplet size to represent a real distribution. Previous experimental data for film boiling of nitrogen (70.000 less than G less than 190.00 lbm/hr/ft2 and 50.000 less than q/As25.000 btu/br/ft2 in tubes of 0.22 less than D less than 0.462 inch diameter and 8 feer long) were usad in developing analytical models for both the single droplet size and multiple droplet size studies. For the multiple droplet size distribution, a critical Weber number was utilized to predict the breakup of a droplet into approximately 9 smaller droplets of various sizes. The results of the multiple droplets of various sizes. The results of the multiple droplet study compare well with those of the single droplet studies, thus indicating the validity of using the single droplet size model for predicting phenomena in dispersed flow boiling.