Análise numérica sobre a influência de variações da seção transversal de microcanais no escoamento laminar

Nas últimas décadas, a miniaturização de dispositivos de natureza eletroeletrônica em diversas áreas de aplicação, como biomédica, química e de tecnologia de computadores, tem proporcionado alta eficiência de espaço em equipamentos. Paralelamente, essa redução em espaço físico é contrabalançada pelo alto desempenho exigido com relação aos sistemas de refrigeração nestes equipamentos. Por isso, o controle térmico é uma das áreas mais críticas para o desenvolvimento da microeletrônica moderna. Diversos estudos experimentais e numéricos foram realizados por vários pesquisadores, nas últimas décadas, com vistas a investigar a hidrodinâmica e a transferência de calor em microescala. Porém, os resultados obtidos revelam divergências entre si. Em geral, estas podem ser visualizadas pela análise dos números de Poiseuille e de Nusselt, quando estes são comparados aos resultados previstos pela teoria convencional. Normalmente, as divergências relatadas com relação a medições em microescala estão associadas a fatores geométricos do microcanal, como a sua razão de aspecto, o seu diâmetro hidráulico e condições superficiais de rugosidade. Alguns desvios encontrados com relação ao fator de fricção foram atribuídos às variações da seção transversal dos microcanais. O objetivo deste trabalho foi analisar numericamente como as características hidrodinâmicas e de transferência de calor podem ser influenciadas com relação a variações na seção transversal dos microcanais. Os resultados obtidos para o escoamento laminar monofásico de água em microcanais com deformidades na seção transversal foram comparados aos obtidos para microcanais geometricamente perfeitos, por meio dos números de Poiseuille e de Nusselt local. Desvios para os números de Poiseuille e de Nusselt local, por meio de imperfeições e variações da seção transversal dos microcanais, foram verificados. Alguns desvios para o número de Poiseuille se mostraram dependentes do número de Reynolds. No entanto, alguns resultados obtidos para o número de Nusselt local mostraram que o mesmo é mais sensível à forma da seção transversal do microcanal do que o número de Poiseuille. Esses resultados foram determinados através das equações de conservação da massa, Navier-Stokes e energia, por dinâmica dos fluidos computacional (CFD).