Ebulição convectiva da água no interior de dissipadores de calor com diferentes arranjos de micropilares - Moreira, Ariany Pereira [UNESP] (2024)
A necessidade de aumentar o desempenho termo-hidráulico durante a ebulição convectiva tem impulsionado o desenvolvimento de técnicas de aprimoramento da superfície aquecedora. Com o aumento da capacidade computacional e a diminuição do tamanho dos dispositivos, o fluxo de calor residual dos dispositivos eletrônicos tem aumentado cada vez mais. Com isso, pesquisas relacionadas a aplicações de mudança de fase em dissipadores de calor compactos, baseados em microcanais e micropilares, têm ganhado destaque nos últimos anos. O presente estudo investigou a eficiência térmica e hidrodinâmica de micropilares em sistemas de resfriamento, usando água deionizada como fluido refrigerante. O dissipador de calor consistiu de micropilares quadrados, fabricados por meio de microfresamento sobre uma superfície de cobre. Adicionalmente a uma superfície plana usada como referência, diferentes arranjos de micropilares foram analisados — alinhado e escalonado — para duas velocidades mássicas diferentes (1000 e 1200 kg/m²s) e dois níveis de subresfriamento do fluido na entrada do dissipador (10 e 20 °C), em relação à temperatura de saturação à pressão de entrada na seção de teste. A análise dos dissipadores de calor com micropilares revelou que essas superfícies melhoram significativamente o coeficiente de transferência de calor (CTC) em comparação às superfícies planas. Comparando os arranjos testados, os resultados mostraram que o arranjo alinhado proporciona maior CTC (em média 40%) e menor penalidade na queda de pressão. Uma diminuição na temperatura do fluido ao entrar no dissipador de calor promove um aumento no CTC devido à influência do processo de transferência de calor relacionado ao regime de ebulição nucleada. Porém, observa-se o fenômeno de secagem da superfície para fluxos de calor relativamente baixos (⁓300 kW/m²). Em relação aos aspectos fluidodinâmicos, a presença de vapor sobre a superfície resulta em um aumento exponencial na queda de pressão na região bifásica, sendo mais acentuado para a superfície escalonada. Por fim, é observado que a amostra alinhada apresenta melhores resultados para o regime bifásico, com atenuação dos efeitos negativos relacionados à queda de pressão; i.e., há uma maior estabilidade fluidodinâmica para esse arranjo de micropilares.