O fluxo de calor mostrou ser mais eficiente quando a temperatura está oscilando do que quando estático

Esquerda:a proporção de aspecto L=30cm de altura G=D/L=1 célula RBC com placas superior e inferior de 28 mm de espessura D=30cm de diâmetro feito de cobre termicamente recozido de condutividade térmica λ_p =2210Wm⁻¹ K⁻¹ e capacidade térmica c_p =0,144Jkg⁻¹ K⁻¹ em T_Ele =(T_T +T_B )/2≈5K , onde T_T e T_B são temperaturas típicas das placas superior e inferior. Da placa superior, a maior parte do calor é removida através da câmara de troca de calor para o recipiente de He líquido acima dela. A temperatura da placa superior T_T (t) é ajustado aproximadamente pela pressão na câmara de troca de calor e mais precisamente ajustado e modulado pelo aquecedor distribuído uniformemente colado no sulco espiral no lado superior da placa superior. Um aquecedor semelhante fornece calor constante ou modulado harmonicamente para a placa inferior. A temperatura do fluxo convectivo nos locais mostrados (distâncias em milímetros) é sondada por pequenos sensores Ge (numerados de 1 a 12) e a das placas pelos sensores Ge finamente calibrados T_t1 , T_t2 , T_b1 e T_b2 embutidos neles; veja a fotografia no canto superior direito, mostrando suas posições e o bosque de aquecedores em espiral. Crédito:Cartas de Revisão Física (2022). DOI:10.1103/PhysRevLett.128.134502

Uma equipe de pesquisadores do Instituto de Instrumentos Científicos trabalhando com um colega da Universidade Charles, ambos na República Tcheca, mostrou que o calor flui de forma mais eficiente quando a temperatura do material pelo qual está fluindo oscila, em vez de permanecer estável. Em seu artigo publicado na revista Physical Review Letters, o grupo descreve experimentos realizados com aquecimento e resfriamento de hélio em um recipiente e sua relevância para uma teoria proposta há apenas dois anos.
Em 1916, o físico John William Strutt, 3º Barão Rayleigh, mostrou um exemplo de fluxo de calor oscilante. Ele encheu um recipiente com um fluido e, em seguida, colocou uma bobina aquecida abaixo e uma placa de resfriamento em cima. Isso forçou o líquido a subir e descer no recipiente. O efeito ficou conhecido como convecção Rayleigh-Bénard – pode ser visto na ação das lâmpadas de lava. Dois anos atrás, uma equipe da Universidade de Twente propôs que o fluxo de calor em um sistema de convecção Rayleigh-Bénard seria mais eficiente se o calor proveniente da base estivesse oscilando. Nesse novo esforço, os pesquisadores mostraram que essa teoria está correta.

O trabalho envolveu a criação de um recipiente com um dispositivo de aquecimento na parte inferior que poderia se mover através de um gradiente de temperatura ao longo do tempo. E como Strutt, eles colocaram um dispositivo de resfriamento em cima. Ao contrário de Strutt, no entanto, eles usaram um gás em vez de um líquido – no caso deles, hélio. Eles também realizaram seus experimentos em temperaturas mais baixas do que a ambiente. Para saber mais sobre o impacto de tais oscilações no calor que flui através do sistema, eles realizaram várias corridas durante as quais a velocidade das oscilações variou de 0,006 a 0,2 Hz.

Eles descobriram que, como previsto, uma fonte de calor oscilante movia o calor pelo sistema com mais eficiência – até 25% a mais. A teoria anterior sugeria que a melhoria na eficiência surge devido a uma desestabilização entre os limites dos líquidos na câmara, permitindo que as áreas líquidas neles se movam mais facilmente. + Explorar mais