El enfriamiento por pulverización es uno de los métodos más prometedores para enfriar la electrónica de alto flujo de calor. El enfriamiento por pulverización bifásico, en particular, ha demostrado que enfría los flujos de calor que son de órdenes de magnitud más altos que los métodos de enfriamiento tradicionales como ventiladores y disipadores de calor.La física compleja del enfriamiento por pulverización en dos fases, en el que las gotas se atomizan con una fase de gas presurizado secundario, exige una comprensión más profunda.
Para abordar esto, los investigadores de los Estados Unidos y el Reino Unido investigaron la física básica del impacto de las gotas, tanto experimental como computacionalmente. Utilizaron un enfoque computacional llamado método de lattice-Botzmann LBM para simular el impacto de un microdroplet único enuna superficie seca
Sus hallazgos, reportados esta semana en la revista Física de fluidos , de AIP Publishing, podría beneficiar a muchas otras aplicaciones además del enfriamiento por pulverización, incluida la impresión por inyección de tinta, el recubrimiento de pintura, la pulverización de plasma y la microfabricación.
Por razones prácticas, la mayoría de las investigaciones hasta ahora se han basado en el estudio de gotas de tamaño milimétrico y los impactos hidrodinámicos en superficies sólidas secas. Sin embargo, el tamaño de las gotas en el enfriamiento por pulverización es tres órdenes de magnitud menor, lo que significa que la física de la dispersión líquiday la dinámica del impacto podría ser muy diferente.
Para averiguarlo, los investigadores recurrieron a algoritmos LBM, que se utilizan para el modelado computacional del flujo de fluidos en geometrías complejas y flujos multifásicos. También incorpora un enfoque mesoscópico que cubre la brecha entre la dinámica molecular microscópica y la mecánica de fluidos macroscópica.
"Como resultado de la LBM, pudimos distinguir las escalas apropiadas del problema y, por lo tanto, normalizar con éxito la dinámica de la fase de propagación, que ha complicado la física a nivel microscópico", dijo Mahsa Ebrahim, investigador postdoctoral en elUniversidad de Villanova en Pennsylvania y coautor del artículo. "En la literatura, hay muchas correlaciones y modelos analíticos para la dinámica de gotas de alto impacto. Sin embargo, la mayoría de ellos fallaron en los regímenes de bajo impacto debido a la física distinta enel nivel microscópico "
Para el enfriamiento por pulverización monofásico, se pulveriza un líquido en el aire ambiente sin una presión de aire significativa o fuerzas que actúen sobre la superficie de la gota. Los investigadores pudieron desarrollar una correlación para el sistema que puede predecir razonablemente el diámetro instantáneo de la gota después del bajo-regímenes de impacto.
En el enfriamiento por pulverización en dos fases, el gas atomizador forma gotas más pequeñas, que impactan la superficie bajo un flujo de gas atomizador, llamado chorro de estancamiento. Anteriormente se había planteado la hipótesis de que el chorro afectaría la dispersión en todas las condiciones de impacto. Sin embargo,A través de LBM, el equipo de investigación demostró que no hay efectos significativos para ciertos casos, lo que dio paso a una forma completamente nueva de caracterizar tales sistemas. El chorro no tuvo tales efectos para las proporciones de número capilar por debajo de 0,35, y por lo tanto definió una nueva métrica adimensionalCa * como la proporción de los números de capilar de chorro a gota.
"Basado en los números de capilar de gotitas y chorros como una métrica para medir si las fuerzas normales y de corte de [el] chorro de estancamiento afectarán la fase de propagación de gotitas", dijo Ebrahim, "descubrimos que la dinámica de dispersión de gotitas se verá influenciadapor el chorro de estancamiento solo para números capilares superiores a 0,35 ".
A partir de esto, los investigadores determinaron que la física de las microgotas difiere de sus contrapartes macro, una distinción vital para entender, ya que los aerosoles de gotitas atomizadas encuentran cada vez más aplicaciones.
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Materiales proporcionado por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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