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Fenómenos de ebullición y efecto de mejora en la transferencia de calor en superficies de cobre sinterizado micro/nanoporoso

Autores: Lee, Dong Ju; Yang, Young Jae; Jerng, Dong-Wook; Kim, Dong Eok

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Fenómenos de ebullición y efecto de mejora en la transferencia de calor en superficies de cobre sinterizado micro/nanoporoso


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Mecánica

Palabras clave

Estudio
Fenómenos de ebullición
Mejora de la transferencia de calor
Superficies micro/nanoporosas de Cu sinterizado
Capas de Cu microporosas
Superficies integradas con pilares

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

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Descripción
Este estudio investigó experimentalmente los fenómenos de ebullición y la mejora de la transferencia de calor en superficies micro/nanoporosas de Cu sinterizado bajo condiciones de ebullición en piscina saturada. Para evaluar los efectos de las micro/nanostructuras combinadas, se fabricaron capas de Cu microporoso y superficies integradas con pilares utilizando sinterización de polvo metálico de tamaño micro (diámetro <75 mm), mientras que las nanostructuras se formaron a través de oxidación térmica. Los experimentos de ebullición revelaron que el coeficiente de transferencia de calor por ebullición (BHTC) y el flujo crítico de calor (CHF) de las superficies de Cu microporoso superaron a los de la superficie de referencia SiO2. La superficie de pilar microporoso mostró el mejor rendimiento, demostrando mejoras de aproximadamente 2.7 veces y 7.3 veces en CHF y BHTC, respectivamente. La imagenología de alta velocidad atribuyó esta mejora a un aumento en la densidad de sitios de nucleación, rápida separación y generación de burbujas pequeñas, eficiente rehumectación de la superficie por capilaridad, y separación de los caminos de líquido-vapor facilitada por la geometría del pilar. Se observaron picos de temperatura transitorios distintos y recuperaciones en las superficies de pilar oxidadas. A pesar del sobrecalentamiento temporal, una fuerte capilaridad de las nanostructuras superhidrofílicas se recuperó al régimen de ebullición por nucleación, lo que suprimió el secado irreversible y extendió el rendimiento de ebullición más allá del CHF de la superficie lisa en 2.1 veces. Los resultados revelaron que aumentar la densidad de sitios de nucleación, mejorar el suministro de líquido impulsado por capilaridad y asegurar una separación efectiva de los caminos de vapor y líquido mejoraron la transferencia de calor por ebullición en estructuras porosas multiescala. Las superficies micro/nanoporosas de Cu sinterizado demostraron una transferencia de calor estable y eficiente en un amplio rango de flujos de calor, destacando su potencial para aplicaciones avanzadas de gestión térmica y la realización de superficies de ebullición de alto rendimiento diseñadas de manera óptima.

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