Arthur Vieira da Silva Oliveira.

The increasing heat dissipation rates in devices require using efficient cooling methods, like microchannels heat sinks and spray cooling systems that are capable of reaching dissipated heat fluxes of several MW/m2. In the case of sprays, to improve this kind of cooling system, it is important to understand in more detail the dynamics and the heat transfer process during the droplet impact on heated surfaces. Studies of droplet impact on heated surfaces are also important to model the dissipated heat in steam-droplet flow, which can occur in evaporators and during a hypothetical loss-of-coolant accident in nuclear reactors. For instance, the droplets impinging on the heated fuel cladding can contribute to heat dissipation by more than 10 if there is a low fraction of droplets and, according to numerical simulations, up to 40 if there is a high fraction of droplets. However, it is necessary to go further: understand how the droplets interact with themselves (multiple-droplet impact) and how they interact with the surface (surface characteristics and texturing). Therefore, two research projects are taking place in Brazil and France at present. In Brazil, a FAPESP Young Investigator project led by Arthur Oliveira, Assistant Professor at EESC/USP, aims to investigate droplet interactions during the impact on heated surfaces. Meanwhile, in France, an ANR project (DROPSURF) led by Guillaume Castanet, Research Director at CNRS and hosted at LEMTA/UL, aims to investigate surface structuring effects on droplet impact. Finally, also at LEMTA, Michel Gradeck, Full Professor at UL, investigates droplets generated in a rewetting front to understand how this surface-liquid interaction during phase change affects droplets' size and velocity by spattering.

Financiamento CAPES PrInt para a vinda do Dr. Daniel Orejon, senior lecturer da University of Edinburgh, como Professor Visitante na EESC/USP em maio de 2024.

Vinda do Dr. Daniel Orejon, Senior Lecturer na University of Edinburgh, como Professor Visitante na EESC/USP em maio de 2024. Realização de palestras, reuniões científicas, e desenvolvimento do curso de pós-graduação SEM5960 (Micro-Nanoscale Phase-Change Heat and Mass Transport).

O presente projeto de pesquisa busca estudar esta correlação gota-única e sprays ao propor o uso de técnicas ópticas combinadas para caracterizar o impacto e resfriamento de uma única gota, múltiplas gotas e sprays dispersos. As técnicas de medição simultâneas são: shadowgraph para o tamanho e velocidade da gota, imagem de fluorescência induzida por laser para a temperatura da gota, termografia infravermelha para a temperatura da superfície e reflexão interna total para o contato entre a gota e a parede. Estas técnicas foram cuidadosamente escolhidas para serem aplicáveis a todas as condições de teste definidas neste projeto. As seções de teste (prisma de safira e placa metálica) foram projetadas para permitir sempre que possível a simultaneidade das técnicas de medição. Este esforço para medir todos esses parâmetros permitirá fazer uma caracterização completa da termohidráulica durante o impacto das gotas. Com observações diretas por meio de imagens e com modelagem detalhada do balanço de massa e energia, informações conclusivas serão obtidas do resfriamento durante o impacto de gotas, como coeficientes de transferência de calor, temperaturas de Leidenfrost e efeitos de interação de gotas. Desta forma, modelos melhores e embasados fisicamente poderão ser desenvolvidos para gotas e resfriamento por spray, bem como um mapeamento mais abrangente dos regimes de impacto das gotas.

O estudo da ebulição é uma das atuais fronteiras do conhecimento em ciências térmicas sendo que este fenômeno é uma das melhores formas para se resfriar rapidamente uma superfície ou aquecer rapidamente um fluido. Por esta característica diversas aplicações industriais estão surgindo aonde a ebulição esta presente, dentre elas o aquecimento do combustível em sistemas de partida a frio. Tendo isso em visto o presente projeto visa estudar a ebulição nucleada dos combustíveis utilizados no Brasil, principalmente quanto à termodinâmica de misturas para a modelagem de transferência de calor com gasolina.