Diagrama esquemático del circuito de prueba para ebullición en flujo. Crédito:JAXA
A medida que las naves espaciales se hacen más grandes, el calor que producen también aumenta. Eso significa que los vehículos construidos para la exploración espacial a largo plazo necesitan sistemas de refrigeración más eficientes.
La investigación del flujo de dos fases analiza las características de transferencia de calor de cómo los líquidos en ebullición se convierten en vapor en microgravedad. La ebullición de flujo es ebullición con flujo forzado sobre una superficie calentada, mientras que el flujo de dos fases se refiere a ambas fases, vapor y líquido, que fluyen juntas en un solo canal o tubo. Usando un bucle con un tubo calefactor transparente a bordo de la Estación Espacial Internacional, los investigadores establecerán la tasa de flujo, poder de calefacción, relación de vapor a flujo total, y otros efectos en diferentes condiciones. Estos datos contribuirán a una mejor comprensión fundamental del comportamiento del líquido y el vapor y el mecanismo de cómo se transfiere el calor en microgravedad.
En la tierra, Este conocimiento tiene aplicaciones potenciales en el diseño de sistemas de enfriamiento para computadoras de alto rendimiento. servidores de datos, y vehículos eléctricos.
Satoshi Matsumoto, un científico de proyectos de la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA), dijo "Los sistemas de gestión térmica deben eliminar grandes cantidades de energía térmica, transportar el calor residual a grandes distancias hasta los radiadores, y enfriar altos niveles de energía térmica generada por dispositivos eléctricos. Lograr todo esto requiere métodos más eficientes para eliminar la energía térmica, y los dispositivos que utilizan ebullición y flujo de dos fases son más prometedores que los métodos convencionales ".
La ebullición elimina el calor al convertir el líquido en vapor en la superficie calentada. Los sistemas de refrigeración utilizan condensadores que enfrían el vapor y producen condensación en la superficie de la unidad. convirtiendo así ese vapor en un líquido, en un ciclo continuo. En un sistema de flujo de dos fases, el calor se elimina cuando el líquido se vaporiza durante la ebullición, lo que da como resultado una eliminación y transporte de calor de alto rendimiento.
Las mezclas de líquidos y burbujas se comportan de manera muy diferente en el espacio, sin embargo.
El hardware del experimento, que se instala en el bastidor de carga útil pequeña multipropósito en el módulo KIBO de la estación espacial. Crédito:JAXA
En la tierra, las burbujas generadas por la ebullición abandonan la superficie del líquido debido a la fuerza de flotación:las burbujas son aproximadamente 1, 000 veces menos denso que el líquido. Esa fuerza flotante desaparece en microgravedad, para que las burbujas no se desprendan fácilmente de la superficie. Básicamente forman una capa aislante en la superficie y podrían disminuir significativamente la transferencia de calor.
La investigación establecerá una base de datos útil para diseñar sistemas de próxima generación para gestionar el calor en el espacio. En la actualidad, no existe una base de datos coherente para los comportamientos de flujo y transferencia de calor de mezclas de líquidos y vapores utilizados para ebullición en flujo en microgravedad.
"Una base de datos de flujo de dos fases en ebullición también puede mostrarnos las condiciones en las que desaparece el efecto de la gravedad, incluso si cambia el refrigerante o la geometría de las tuberías, ", Dijo Matsumoto." Esto es importante para diseñar sistemas de refrigeración para los resultados de referencia espacial del experimento orbital a pesar del número limitado de condiciones experimentales ".
"En resumen, Nuestros objetivos científicos son aclarar los mecanismos detallados de transferencia de calor, establecer un mapa de las fuerzas dominantes, y aclarar los detalles de los comportamientos del flujo de líquido-vapor, "dijo el investigador principal Haruhiko Ohta, investigador del Departamento de Aeronáutica y Astronáutica de la Universidad Kyusyu en Japón. "Este experimento de microgravedad avanzará en la comprensión fundamental del flujo de dos fases de ebullición, especialmente la relación entre la transferencia de calor y el comportamiento en la interfaz ".
Además, JAXA establecerá estándares para los sistemas de gestión térmica de las naves espaciales que utilizan circuitos de circulación de dos fases en ebullición, incluyendo bucles de tubería de calor como método pasivo alternativo al bucle bombeado probado en esta investigación.
Sistemas de gestión térmica más eficientes, en el espacio y en la Tierra, nos ayudará a mantener la calma.
