Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-05-23T04:08:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2016 / Abstract : The study of gas flows in microchannels, especially with regard to micro- (MEMS) and nano-electromechanical systems (NEMS), is pivotal for the development of new technologies. However, these flows also occur in systems commonly used in our daily lives, for example, gas leakage through valves of domestic refrigeration compressors, where refrigerant fluid flows through gaps formed by surface imperfections. Thus, understanding the physics of such flows and characterizing their behavior is fundamental for the design of numerous technological devices. To this end, the present work experimentally investigated the isothermal flow of rarefied gases in microchannels in order to obtain data that would aid in the design of refrigeration compressors. For this purpose, two experimental setups were designed to analyze rarefied flows: one for circular section channels (microtubes) and the other for rectangular section channels with controlled surface characteristics. In addition, a new technique based on the constant volume method was developed to measure the mass flow rate in microchannels. The flow of N2 and refrigerant fluids R134a and R600a were analyzed in stainless steel, copper and brass metal microtubes in practically the entire range of slip and transition regimes. The values of the slip coefficient and tangential momentum accommodation coefficient (TMAC) were obtained by comparing these measurements with analytical solutions of the Navier-Stokes equation and numerical results from the BGK model available in the literature. The measurements in the microtubes showed that the gas?surface interaction approaches the complete diffuse behavior with a TMAC of 0.96?1.06.<br> / O estudo de escoamentos de gases em microcanais é de fundamental importância para o desenvolvimento de novas tecnologias, especialmente no que se refere a sistemas micro (MEMS) e nanoeletromecânicos (NEMS). Porém, esses escoamentos também ocorrem em sistemas comumente utilizados em nosso dia-a-dia. Esse é o caso de vazamentos através de válvulas de compressores de refrigeração doméstica, onde fluidos refrigerantes escoam através de folgas formadas por imperfeições superficiais. Assim, entender a física de tais escoamentos e caracterizar o seu comportamento é fundamental no projeto de muitos dispositivos tecnológicos. O presente trabalho é uma investigação experimental de escoamentos isotérmicos de gases rarefeitos em microcanais, com o objetivo de fornecer dados para auxiliar no projeto de compressores de refrigeração. Para tanto, foram desenvolvidas duas bancadas para análise de escoamentos rarefeitos, uma projetada para canais de seção circular (microtubos) e outra para canais de seção retangular a fim de permitir controle sobre a característica da superfície. Além disso, uma nova técnica baseada no método de volume constante foi proposta para a medição de vazão em microcanais. Escoamentos de nitrogênio e fluidos refrigerantes R134a e R600a foram analisados em microtubos metálicos de aço inoxidável, cobre e latão, cobrindo praticamente toda a faixa dos regimes de escorregamento e transição. Valores de coeficientes de deslizamento e acomodação da quantidade de movimento tangencial (TMAC) foram extraídos a partir da comparação dessas medições com soluções analíticas da equação de Navier-Stokes e resultados numéricos do modelo BGK disponíveis na literatura. Observou-se das medições em microtubos que a interação gás-superfície se dá de forma praticamente difusa, com TMAC entre 0,96 e 1,06.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsc.br:123456789/175791 |
| Date | January 2016 |
| Creators | Silva, Ernane |
| Contributors | Universidade Federal de Santa Catarina, Deschamps, César José, Rojas-Cárdenas, Marcos |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | English |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | 181 p.| il., grafs., tabs. |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSC, instname:Universidade Federal de Santa Catarina, instacron:UFSC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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