Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad-Reza Azimian,Kayghobad Shams
احمدرضا عظیمیان (استاد راهنما) کیقباد شمس اسحاقی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mahdyeh Namvar mahboob
مهدیه نامورمحبوب

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1384
Micro-electro-mechanical systems (MEMS) are the integration of mechanical elements and electronics on a common silicon substrate through micro-fabrication technology. The most popular application of these devices, such as, micro ducts, micro pumps, micro turbines and micro valves, involves gaseous flows. Further miniaturization of MEMS device causes nano electro mechanical systems (NEMS). An emerging application of nano devices is nanoporous membranes which use to interface micro fluidic channels. Although micro fabrication grows very fast, there is a minimum level of understanding of the fluid dynamics and heat transfer processes in these devices. Therefore, simulation of behavior of micro devices becomes important. In this research the rarefied gas behavior have been considered through suddenly expanded/contracted micro/nano channels under slip, transitional, and free molecular regimes. Flow of argon due to pressure gradient through micro/nano channels with sudden expansion and contraction is simulated using Direct Simulation Monte Carlo method. Velocity, pressure and temperature fields, velocity vector plot and velocity contours for different Knudsen numbers are presented. Results reveal that: 1) Pressure distribution is nonlinear because of compressibility and rarefaction effects. The discontinuity in pressure distribution is due to both density and cross section variations. Large pressure loss exists in first half of the expanded channel and second half of the contracted channel. 2) Velocity profile have a negative or positive jump regularly in diverging and converging channels according to continuity equation (?uA=cte). 3) The temperature drops drastically in 0.8 x/L 1 for both geometries. Also for diverging channel there is a minimum temperature at x/L=0.5. Temperature drops can be attributed to the conversion of thermal energy in to kinetic energy. 4) Temperature, pressure and velocity distributions are similar for nano and micro scales. 5) Separation does not happen in contracted geometry for all flow regimes. 6) In microchannels with sudden expansion stable vortices form at Kn=0.058 (Knudsen number). 7) In nanochannels with sudden expansion stable vortices form at Kn=0.043 (Knudsen number). 8) Results obtained for microchannel can not be used to determine the critical Knudsen number for nano channels.
سیستم های میکروالکترومکانیکی شامل مجموعه ای از اجزاء مکانیکی و ابزار الکترونی تعبیه شده بر روی بسترهای سیلیکونی هستند که به کمک تکنولو‍‍ژی تولید میکرونی ایجاد می شوند. کاربرده عمده این سیستم ها مربوط به جریان گاز در میکرو کانال ها، میکروپمپ ها، میکروتوربین ها و میکروشیرها می باشد. با کوچکتر شدن ابزار میکرو به سیستم های نانو الکترو مکانیکی دست می یابیم. از جمله ابزار نانو می توان به غشاهای نانو که در فصل مشترک دو میکرو کانال قرار می گیرد، اشاره کرد. با وجود پیشرفت های حاصل در زمینه تولید این ابزار، اطلاعات کمی در مورد دینامیک سیالات و فرایند انتقال حرارت در این سامانه ها وجود دارد. بنابراین شبیه سازی رفتار سیستم های میکرو و نانو با توجه به آشکار شدن کاربرد های صنعتی آن ها اهمیت خاصی می یابد. در تحقیق حاضر جریان گاز رقیق در میکرو و نانو کانال ها با انبساط و انقباض ناگهانی در محدوده رژیم لغزشی، گذرا, و آزاد مولکولی مورد بررسی قرار گرفته است. جریان گاز رقیق در نانو کانالها تاکنون مطالعه نشده و همچنین در جریان گازهای رقیق در میکرو کانال ها محدوده دقیقی برای تشکیل گردابه گزارش نشده است. از آنجا که جدایی جریان بر عملکرد ابزار مکانیکی اثر مخرب دارد در این تحقیق اثر عدد نودسن بر نتایج شبیه سازی بررسی و نودسن بحرانی(محدوده جدایی جریان) تعیین گردیده است. برای تحقق این امر دینامیک گاز تشریح و سپس جریان گاز آرگون به عنوان سیال مدل تحت تأثیر گرادیان فشار (شرط جریان-خلأ) در یک میکرو/نانو کانال همراه با انبساط و یک میکرو/نانو کانال با انقباض ناگهانی به کمک روش مستقیم مونت کارلو شبیه سازی شده است. نمودارهای سرعت، فشار و دما و نمودار بردار و کانتور سرعت برای دو شکل هندسی در یک نودسن خاص رسم و همچنین اثر عدد نودسن بر نمودارهای مذکور و امکان جدایی جریان بررسی شده است. نتایج حاصل نشان می دهد که: 1) توزیع فشار در هر دو شکل هندسی به دلیل اثر رقت و تراکم اندکی غیر خطی است و شیب نمودار به دلیل تغییرات دانسیته و سطح مقطع دارای ناپیوستگی می باشد. در کانال با انقباض ناگهانی عمده افت فشار در نیمه دوم کانال و برای کانال با انبساط ناگهانی در نیمه اول کانال مشاهده می شود. 2) توزیع سرعت در هر دو شکل هندسی روند افزایشی داشته و در ناحیه تغییر در سطح مقطع دارای افزایش ناگهانی برای کانال با انقباض و کاهش ناگهانی در کانال با انبساط می باشد. 3) تغییرات دما در هر دو کانال روند کاهشی داشته، که در فاصله بین 8/0 طول کانال تا انتهای کانال شیب نمودار بیشتر می باشد. علاوه بر این روند کاهشی برای کانال با انبساط ناگهانی نمودار دما یک نقطه مینیمم نسبی دارد که در نتیجه تغییرات منفی سرعت می باشد. 4) روند تغییرات دما، فشار، و سرعت در نانو و میکرو کانال با انقباض و انبساط ناگهانی مشابه است. 5) در میکرو/ نانو کانال با انقباض ناگهانی برای محدوده مورد بررسی جدایی جریان مشاهده نشد. ...

ارتقاء امنیت وب با وف بومی