Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad Reza Pishevar,Ebrahim Shirani
احمدرضا پیشه وراصفهانی (استاد مشاور) ابراهیم شیرانی چهارسوقی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohsen Ahmadi
محسن احمدی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Thermal characteristics of mixed unsteady electro-osmotic flow and pressure gradient under alternating electric field in rectangular microchannel
In recent years, with the advances made in the technology of manufacturing micro systems, the use of these systems has dramatically grown. On the other hand, the use of electro-osmotic as a means for creating flow and improving mixing in microchannels is increasing. In the electro-osmotic flow, a phenomenon known as Joule heating which can play a negative or positive role, depending on the application of the microsystem. Although, the rectangular cross-section is more suitable for microchannel in practice, but this kind of microchannel has not been given proper attention. By comparing DC and alternate electro-osmotic, the use of AC electric field has advantages in some cases. Therefore, in this study, by modeling a rectangular microchannel under an AC electric field, the effect of Joule heating on the distribution of velocity and temperature in the electro-osmotic flow is investigated. By changing the parameters such as the applied voltage to the electrodes, the cross-section dimensions, zeta potential, molar concentration of fluid, fluid type and pressure gradient, results are repoted. The numerical solution is performed by the Fluent software. It is noteworthy that the Poisson-Boltzmann equation is used without the Debye-Huckle approximation for the distribution of electric potential, and because of the dependence of the electric conductivity on temperature, the electric field with constant amplitude is not applied. The results show that by doubling the voltage amplitude, the Joule heating increases so that the temperature in the centerline of the micro-channel from 301.4 Kelvin reaches to 314.6 and when the molar concentration of the fluid increases from to the Joule heating increasing factor of 12.7. This Joule heating can increase the maximum temperature at the midpoint of the microchannel by 15 ? C. Therefore, ignoring the Joule heating and assuming that the constant temperature are not correct. Although the velocity profile changes with increasing the zeta potential and pressure gradient, there is no effect on temperature distribution with respect to the zeta potential. Keywords: Electro-osmotic, Time periodic, Rectangular microchannel, Joule heating, Zeta potential, Electric field
در سال های اخیر با پیشرفت های صورت گرفته در فناوری ساخت سیستم های میکرو، استفاده از این سیستم ها رشد چشمگیری یافته است. از طرفی کاربرد الکترواسموتیک به عنوان ابزای برای ایجاد جریان و بهبود اختلاط در میکروکانال ها رو به گسترش است. در جریان الکترواسموتیک پدیده ای به نام گرمایش ژول مطرح می شود که بسته به نوع کاربرد میکروسیستم، می تواند نقشی منفی یا مثبت را بازی کند. هر چند در عمل مقطع مستطیلی برای میکروکانال کاربرد بیشتری دارد اما توجه مناسبی به این نوع میکروکانال نشده است. با مقایسه الکترواسموتیک DC و متناوب زمانی مشخص می گردد استفاده از میدان الکتریکی AC در بعضی موارد مزایای خاصی به همراه دارد. از این رو در این پژوهش با مدل کردن میکروکانال مستطیلی تحت جریان الکتریکی AC به بررسی اثر گرمایش ژول بر توزیع سرعت و دما در جریان الکترواسموتیک پرداخته می شود و با تغییر پارامترهایی همچون ولتاژ اعمالی به الکترودها، ابعاد مقطع میکروکانال، پتانسیل زتا، غلظت مولی سیال، نوع سیال و گرادیان فشار، تغییرات به وجود آمده در نتایج را گزارش می دهد. حل عددی معادلات حاکم بر مسئله به کمک نرم افزار فلوئنت انجام شده و قابل ذکر است معادله پواسون-بولتزمن بدون تقریب دبای-هاکل برای توزیع پتانسیل الکتریکی مورد استفاده قرار گرفته و به علت وابستگی رسانندگی الکتریکی به دما، میدان الکتریکی با دامنه ثابت به کار نرفته است. نتایج نشان می دهد با دو برابر شدن دامنه ولتاژ، گرمایش ژول افزایش یافته به طوری که دمای سیال در مرکز میکروکانال از کلوین به می رسد و افزایش ده برابری غلظت مولی سیال از مقدار اولیه ، رشد برابری گرمایش ژول را به همراه دارد که این تغییر گرمایش ژول قادر است دمای بیشینه سیال در نقطه میانی میکروکانال را 15 درجه افزایش دهد. بنابراین صرفنظر از گرمایش ژول و فرض ثابت بودن دما برای محلول غلیظ صحیح نمی باشد. با اینکه افزایش پتانسیل زتا و گرادیان فشار، پروفیل سرعت را تغییر می دهد اما تغییر چشمگیری در توزیع دما ایجاد نمی شود. کلمات کلیدی: الکترواسموتیک، متناوب زمانی، میکروکانال مستطیلی، گرمایش ژول، پتانسیل زتا، میدان الکتریکی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی