Un Estudio Experimental sobre las Características de Transferencia de Calor por Ebullición en Flujo del Agua Desionizada Bajo Hipergravedad Rotacional
Autores: Li, Gen; Zhao, Yiling; Zhang, Xiaojie; Xie, Jianxun; Fang, Xiande
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Un Estudio Experimental sobre las Características de Transferencia de Calor por Ebullición en Flujo del Agua Desionizada Bajo Hipergravedad Rotacional
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Ebullición por flujo
Transferencia de calor
Microcanales
Condiciones de hipergravidad
Agua desionizada
Plataforma rotativa centrífuga
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 29
Citaciones: Sin citaciones
La transferencia de calor por ebullición en microcanales bajo condiciones de hipergravidad es un área de investigación crucial para el desarrollo de sistemas de refrigeración eficientes en aplicaciones aeroespaciales. Este estudio experimental investigó las características de transferencia de calor por ebullición del agua desionizada en un tubo de 2 mm de diámetro bajo diversas condiciones gravitacionales que van desde la gravedad normal (1 g) hasta la hipergravidad (hasta 5.1 g) mediante el uso de una plataforma rotativa centrífuga. El estudio analiza sistemáticamente los efectos del nivel de gravedad, la calidad del vapor, el flujo másico y el flujo de calor en el coeficiente de transferencia de calor por ebullición (HTC) del agua desionizada. Los resultados experimentales revelan que la hipergravidad influenció significativamente el HTC a una mayor calidad de vapor con hasta un 40% de desviación y fue menos pronunciada en valores más bajos con aproximadamente un 10% de desviación. Este deterioro se atribuye a la compleja interacción de la fuerza centrífuga, la fuerza de Coriolis, la flotabilidad y las propiedades específicas del agua, lo que conduce a la estratificación vapor-líquido y dificulta la transferencia de calor efectiva. Mientras tanto, se encontró que el flujo crítico de calor aumentaba con el aumento de la aceleración gravitacional a altas calidades de vapor. Este aumento se atribuye a los efectos de flotabilidad mejorados, el reabastecimiento de líquido y los patrones de flujo alterados bajo condiciones de hipergravidad. Además, se evaluaron cinco correlaciones existentes para predecir los HTCs de ebullición por flujo en comparación con los datos experimentales, y todas las correlaciones mostraron resultados sobreestimados. La constante sobrepredicción de estas correlaciones resalta la necesidad de modificaciones para capturar mejor los mecanismos de transferencia de calor bajo condiciones de hipergravidad.
Descripción
La transferencia de calor por ebullición en microcanales bajo condiciones de hipergravidad es un área de investigación crucial para el desarrollo de sistemas de refrigeración eficientes en aplicaciones aeroespaciales. Este estudio experimental investigó las características de transferencia de calor por ebullición del agua desionizada en un tubo de 2 mm de diámetro bajo diversas condiciones gravitacionales que van desde la gravedad normal (1 g) hasta la hipergravidad (hasta 5.1 g) mediante el uso de una plataforma rotativa centrífuga. El estudio analiza sistemáticamente los efectos del nivel de gravedad, la calidad del vapor, el flujo másico y el flujo de calor en el coeficiente de transferencia de calor por ebullición (HTC) del agua desionizada. Los resultados experimentales revelan que la hipergravidad influenció significativamente el HTC a una mayor calidad de vapor con hasta un 40% de desviación y fue menos pronunciada en valores más bajos con aproximadamente un 10% de desviación. Este deterioro se atribuye a la compleja interacción de la fuerza centrífuga, la fuerza de Coriolis, la flotabilidad y las propiedades específicas del agua, lo que conduce a la estratificación vapor-líquido y dificulta la transferencia de calor efectiva. Mientras tanto, se encontró que el flujo crítico de calor aumentaba con el aumento de la aceleración gravitacional a altas calidades de vapor. Este aumento se atribuye a los efectos de flotabilidad mejorados, el reabastecimiento de líquido y los patrones de flujo alterados bajo condiciones de hipergravidad. Además, se evaluaron cinco correlaciones existentes para predecir los HTCs de ebullición por flujo en comparación con los datos experimentales, y todas las correlaciones mostraron resultados sobreestimados. La constante sobrepredicción de estas correlaciones resalta la necesidad de modificaciones para capturar mejor los mecanismos de transferencia de calor bajo condiciones de hipergravidad.