Skip to main content
SUPERVISOR
Mohsen Saghafian,Ebrahim Shirani
محسن ثقفیان (استاد راهنما) ابراهیم شیرانی چهارسوقی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Seyyed Hossein Seyyedzadeh
سیدحسین سیدزاده

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396
In this research, electrically driven flows are investigated numerically in the OpenFoam open source code with the final volume scheme. Poisson Nernst Planck model I used to simulate the traort of charged species and it is solved coupled with the Navier stokes equations. Also, the Poisson Boltzmann and Debye Huckel models are used and the results are compared with the Nernst Planck equation. Constant heat flux and no-slip boundary conditions are considered on the walls in the governing equations. Results indicate that Debye Huckel and Poisson Boltzmann models are the simple forms of the Nernst Planck equation and can be used instead of the Nernst Planck model because of decreasing the computational cost. In some cases, these simple models haven’t enough accuracy. For a very thin EDL Poisson Boltzmann model is an accurate model in comparison with the Nernst Planck model and for thick EDL, the Debye Huckel model is the accurate one. So it is concluded that the Poisson Boltzmann model is based on the equilibrium distribution of ions in the EDL, and the Debye Huckel model can’t be used in higher Zetta potentials. In these conditions, the Poisson Nernst Planck model should be used for improving accuracy. Because of the matching of Poisson Boltzmann and Debye Huckel models with the Nernst Planck model in most of the cases, flow and heat transfer of the flows are investigated with the Nernst Planck model and similar results with Poisson Boltzmann and Debye Huckel model has been reached. So parameters like side electric and magnetic fields and aspect ratio have a great effect in controlling the flow with critical Hartmann number. Also energy equation is simulated and the effect of side electric and magnetic fields with the ciritical Hartmann number on dimensionless temperature and nusselt number is investigated. Keywords: Aspect ratio, Critical Hartmann number, Debye Hückel, Electric double layer, Electroosmotic flow, Magnetohydrodynamics, Microchannel, Poisson Boltzmann, Poisson Nernst Planck, OpenFoam
در تحقیق حاضر جریان با محرکه الکتریکی در کد متن باز اوپن‌فوم به صورت عددی و با روش حجم محدود شبیه‌سازی شده است. مدل پوآسون- ارنست پلانک [1] برای انتقال ذرات باردار استفاده شده و با معادلات ناویر استوکس کوپل شده‌اند که معادلات حاکم بر جریان سیال را تشکیل می‌دهند. به علاوه مدل‌های پوآسون بولتزمن و دبای هاکل [2] نیز پیاده‌سازی شده‌اند و نتایج آن با مدل ارنست پلانک مورد مقایسه قرار گرفته اند. شرایط مرزی عدم لغزش و شار ثابت اعمالی به دیواره بر معادلات حاکم اعمال شده‌اند. نتایج بیان می‌کنند که مدل‌های الکتروشیمیایی دبای هاکل و پوآسون بولتزمن حالت ساده شده مدل کلی و دقیق ارنست پلانک هستند. به دلیل کوپلینگ بین معادلات ممنتوم و ارنست پلانک، در اکثر موارد می‌توان جهت کاهش هزینه محاسباتی از مدل‌های ساده شده به جای مدل اصلی استفاده کرد. البته در برخی موارد این مدل‌ها دارای دقت مناسبی نیستند که باید به آن‌ها دقت شود. یعنی در غلظت‌های بالا (لایه دوگانه الکتریکی نازک) مدل پوآسون بولتزمن تطابق خوبی با مدل ارنست پلانک دارد و برای لایه دوگانه الکتریکی ضخیم‌تر (و البته زتا پتانسیل‌های اندک)، مدل دبای هاکل تطابق مناسبی با مدل ارنست پلانک دارد. نتیجه‌ای که می‌توان گرفت این است که باتوجه به اینکه مدل پوآسون بولتزمن حالت تعادل یون‌ها را در نظر می‌گیرد و انتقال جابجایی ذرات را لحاظ نمی‌کند، و مدل دبای هاکل برای زتا پتانسیل‌های بالا جواب دقیقی ندارد، در چنین شرایطی جهت بهبود دقت جواب‌ها باید از مدل ارنست پلانک استفاده شود. با توجه به تطابق مدل‌های دبای هاکل و پوآسون بولتزمن با مدل ارنست پلانک، جریان سیال و انتقال حرارت به ‌وسیله مدل ارنست پلانک نیز بررسی شده و نتایجی مشابه مدل‌های ساده شده گرفته شد. بدین ترتیب که پارامترهایی نظیر شدت میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی عرضی و نسبت منظری در کنترل جریان نقش به سزایی دارند و روی عدد هارتمن بحرانی که کنترل‌کننده دبی جریان است تاثیرگذار هستند. هم‌چنین معادله انرژی نیز شبیه‌سازی شده و اثرات میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی عرضی و وجود عدد هارتمن بحرانی روی پارامترهایی نظیر دمای بدون بعد و عدد ناسلت بررسی شده است. کلمات کلیدی: نسبت منظری، عدد هارتمن بحرانی، دبای هاکل، لایه دوگانه الکتریکی، جریان الکترواسموتیک، هیدرودینامیک مغناطیسی، میکروکانال، پوآسون بولتزمن، پوآسون ارنست پلانک، اوپن‌فوم [1] Poisson-Nernest-Planck [2] Debye-Hückel

ارتقاء امنیت وب با وف بومی