Heat transfer analysis by nucleate boiling in a simplified microchannel

Abstract

[ES] Los disipadores de calor tipo microcanales son una de las tecnologías avanzadas empleadas para resolver problemas de disipación de calor en dispositivos electrónicos y motores de combustión interna con un flujo de calor ultraelevado. Los microcanales han demostrado su utilidad para resolver graves problemas de espacio, sobre todo en las industrias automovilística y aeroespacial. Además, debido a su mayor rendimiento térmico, los microcanales se emplean cada vez más en aplicaciones industriales en las que los mayores requisitos de potencia de bombeo se compensan con las reducciones generales de tamaño y coste. Así, el objetivo de este documento es desarrollar un modelo simplificado en forma de microcanal para estudiar el proceso de ebullición nucleada y su empleo como método disipador de calor entre una superficie caliente y un flujo de refrigerante. Para llevar a cabo este estudio, se realizará una simulación CFD y se analizarán un conjunto de variables termodinámicas que permitirán establecer una relación entre la extracción de calor y la ebullición nucleada.

[EN] Microchannel heat sinks are one of the advanced technologies used to solve heat dissipation problems in electronic devices and internal combustion engines with ultra-high heat flux. Microchannels have proven to be valuable in addressing severe space constraints, particularly in the automotive and aerospace industries. Furthermore, due to their higher thermal performance, microchannels are increasingly employed in industrial applications where higher pumping power requirements are offset by overall reductions in size and cost. Thus, this thesis aims to develop a simplified microchannel model to study the nucleate boiling process and its use as a heat dissipation method between a hot surface and a coolant flow. A CFD simulation will be performed, and a set of thermodynamic variables will be analysed to discuss the behaviour of nucleate boiling in the microchannel and its relation to heat extraction.