Skip to main content
SUPERVISOR
Mohsen Saghafian,Mohsen DavazdahEmami
محسن ثقفیان (استاد راهنما) محسن دوازده امامی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Mehdi Moslehi baharanchi
مهدی مصلحی بهارانچی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Numerical Simulation of Natural, Mixed and Forced Convection in Microchannels under the Effect of a Magnetic Field
Magnetohydrodynamic (MHD) is a new and important branch of fluid dynamics. It focuses on fluid flow and magnetic field interaction. Any movement of an electrically conducting fluid in the presence of a magnetic field leads to induce a body force to the fluid flow. This force can change hydrodynamic and thermal behaviors of the flow. In this study, natural, mixed and forced convection of a laminar flow in microchannels under the effect of a uniform transverse magnetic field are investigated numerically. In the case of natural convection, steady and unsteady behaviors are studied. It is revealed that magnetic force decreases mass flow rate. It increases temperature along the channel walls and causes to an increase in cross section one. Nusselt number also decreases with magnetic field. Mass flow rate and maximum wall temperature as a function of time detect at least one overshoot. The overshoot decreases with an increase in magnetic field strength. Moreover, it is observed that the time at which steady state condition is attained has insignificant change with magnetic force. Mixed convection in a vertical microchannel is investigated. In this case, increasing magnetic force, leads to a decrease in maximum velocity value and causes to an increase in velocity gradient near the channel walls. Temperature increases slightly with Lorentz force and hence, Nusselt number increase. In higher considered Knudsen number, magnetic force effect on the fluid flow and thermal characteristic increases. In addition, with an increase in buoyancy force, magnetic field influence decreases. Forced convection in a horizontal channel under the effect of magnetic field also is studied. This field leads to a decrease in the maximum velocity value and hence causes to a significant increase in velocity gradient close the channel walls. This effect causes to a significant increase in friction factor coefficient. Nusselt number increase slightly with an increase in magnetic force. In addition, increasing magnetic force leads to increase on the fully developed temperature, but, it has insignificant effect on the channel entrance region. It is very interested to note that in all cases of natural, mixed and forced convection, magnetic force influence on the fluid flow behavior is almost more significant with respect to thermal one. Keywords: MHD, Slip flow, Transient, Microchannels, Unsteady, Natural convection, Mixed convection, Forced convection
چ کیده هیدرودینامیک مغناطیسی شاخه ای نسبتا جدید ومهم از دینامیک سیالات است. این مبحث به بررسی اثرات متقابل سیالات و میدان های الکترومغناطیسی می پردازد. حرکت سیال در حضور میدان مغناطیسی منجر به اعمال نیروی جسمی به سیال می شود که می تواند رفتار هیدرودینامیکی و حرارتی سیال را به شدت تحت تاثیر قرار دهد. در کار حاضر انتقال حرارت جابه جایی آزاد، جابه جایی ترکیبی و جابه- جایی اجباری در میکرو کانال ها تحت تاثیر یک میدان مغناطیسی یکنواخت عرضی و در رژیم لغزشی مطالعه شده است. در مورد انتقال حرارت جا به جایی آزاد رفتارهای دائم و غیر دائم جریان سیال و انتقال حرارت به طور مجزا بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که حضور میدان مغناطیسی منجر به کاهش دبی جرمی در این نوع انتقال گرما می شود. پروفیل دما با افزایش شدت میدان مغناطیسی در طول کانال و در مقطع عرضی آن افزایش می یابد. عدد ناسلت نیزکمتر می شود . علاوه بر آن با افزایش نیروهای شناوری تاثیر نیروی مغناطیسی بر روی مشخصه های جریان کاهش می یابد. در بررسی رفتار غیر دائم انتقال حرارت جابه جایی آزاد مشاهده شد دمای بیشینه دیوار به عنوان تابعی از زمان دارای حداقل یک جهش رو به بالا می باشد. در مورد دبی جرمی و عدد ناسلت نیز جهش هایی مشاهده شد. وجود میدان مغناطیسی باعث کاهش مقدار این جهش ها شده به نحوی که با افزایش شدت میدان این جهش ها به سمت حذف شدن پیش می روند. در نهایت دیده شد که میدان مغناطیسی تاثیر چندانی بر زمان دائم شدن جریان و انتقال حرارت ندارد. انتقال حرارت جابه جایی ترکیبی در یک میکرو کانال عمودی بررسی شده است. بیشینه پروفیل های سرعت با افزایش نیروی مغناطیسی کاهش یافته و در مقابل گرادیان سرعت در مجاورت دیواره ها افزایش می یابد. پروفیل دما در مقطع عرضی دستخوش افزایش شده و عدد ناسلت اندکی افزایش می یابد. در اعداد نودسن بزرگتر میدان مغناطیسی تاثیر بیشتری بر رفتار جریان دارد. علاوه بر آن با افزایش نیروی شناوری اثر نیروی مغناطیسی کمتر می شود. انتقال گرمای جابه جایی اجباری نیز در حضور میدان مغناطیسی در رژیم لغزشی بررسی شده است. در اینجا هم مانند موارد قبلی حضور میدان منجر به کاهش بیشینه سرعت و افزایش گرادیان سرعت در مجاورت دیواره های کانال می شود. این امر باعث افزایش فزاینده ضریب اصطکاک با افزایش شدت میدان است. عدد ناسلت افزایش اندکی یافته و بخش در حال توسعه جریان چندان تحت تاثیر میدان قرار نمی گیرد. با افزایش عدد نودسن تاثیر نیروی مغناطیسی بیشتر است. لغات کلیدی : هیدرودینامیک مغناطیسی، رژیم لغزشی، میکروکانال، انتقال حرارت جابه جایی آزاد، انتقال حرارت جابه جایی ترکیبی، انتقال حرارت جابه جایی اجباری

ارتقاء امنیت وب با وف بومی