Efecto termocapilar durante la transición sólido-líquido de PCMs en puentes líquidos bajo distintos niveles de gravedad

Varas González, Roberto (2020). Efecto termocapilar durante la transición sólido-líquido de PCMs en puentes líquidos bajo distintos niveles de gravedad. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S. de Ingeniería Aeronáutica y del Espacio (UPM), Madrid, España.

Description

Title: Efecto termocapilar durante la transición sólido-líquido de PCMs en puentes líquidos bajo distintos niveles de gravedad
Author/s:
  • Varas González, Roberto
Contributor/s:
  • Salgado Sánchez, Pablo
  • Porter, Jeffrey Brent
Item Type: Final Project
Degree: Grado en Ingeniería Aeroespacial
Date: 13 September 2020
Subjects:
Freetext Keywords: Materiales de Cambio de Fase, Efecto termocapilar, Convección de Marangoni, Puentes líquidos, Phase Change Materials, Thermocapillary effect, Marangoni convection, Liquid bridges
Faculty: E.T.S. de Ingeniería Aeronáutica y del Espacio (UPM)
Department: Aeronaves y Vehículos Espaciales
Creative Commons Licenses: Recognition - Non commercial - Share

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Abstract

El presente documento recoge la investigación acerca de Materiales de Cambio de Fase (PCMs) en puentes líquidos, cuyo objetivo es cuantificar el efecto de la termocapilaridad en la transferencia de calor durante la fusión del n-octadecano a distintos niveles de gravedad. Este PCM orgánico ha sido sometido a estudio, variando la diferencia de temperaturas entre las bases circulares (y, por tanto, los números de Marangoni y de Stefan), así como su geometría. La parte principal del estudio llevado a cabo es el análisis numérico. Los resultados obtenidos son comparados con los existentes en la literatura para celdas de geometría rectangular. En primer lugar, se realiza un exhaustivo análisis del efecto tanto del número de Marangoni como de la relación de aspecto en puentes líquidos cilíndricos en el transporte de calor, representado por el tiempo que tarda en fundir el PCM al completo. Además, se incide en el tipo de oscilaciones que aparecen y su contribución a la evolución del sistema. Posteriormente, se realiza un estudio del transporte de calor con termocapilaridad, para puentes axilsimétricos en microgravedad. En este caso, la superficie está deformada debido a la tensión superficial. Se han tenido en cuenta los límites de estabilidad de los puentes líquidos a través del volumen de n-octadecano y la relación de aspecto, así como el efecto en el transporte de calor de estos parámetros. Por último, se amplía el estudio para distintos niveles de gravedad. La aceleración añadida influye en la deformación de la superficie libre, y en el flujo a través de la convección natural. El análisis se centra en el transporte de calor, prestando especial atención a la geometría del frente sólido-líquido y el campo de temperaturas. This work describes an investigation of Phase Change Materials (PCMs) in a liquid bridge configuration, specifically aiming to quantify the effect of thermocapillarity on heat transfer during the melting of n-octadecane under different gravity levels. The behaviour of this organic PCM has been studied by varying the temperature difference between the circular base plates (and, therefore, the Marangoni and Stefan numbers), as well as the geometry. The main part of the study is carried out through a numerical analysis. The results obtained are compared with those available in the literature for cells of rectangular geometry. First, an exhaustive analysis is made of the effect of both the Marangoni number and the aspect ratio of cylindrical liquid bridges on the heat transport, which is characterized by the time it takes to melt the entire PCM. In addition, attention is paid to the type of oscillations that appear and their contribution to the evolution of the system. Subsequently, a study of heat transport with thermocapillarity is carried out for axisymmetric liquid bridges in microgravity. The surface in that case is deformed due to surface tension. The stability limits of liquid bridges for varying volumes of n-octadecane and aspect ratios have been taken into account, as well as the effect on heat transport of these parameters. Finally, the study is extended to different gravity levels. The gravitational force influences the deformation of the free surface and affects the flow through natural convection. The analysis focuses on heat transport, paying particular attention to the geometry of the solid-liquid front and the temperature field.

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Item ID: 65448
DC Identifier: http://oa.upm.es/65448/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:65448
Deposited by: Roberto Varas González
Deposited on: 17 Nov 2020 10:54
Last Modified: 17 Nov 2020 10:54
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