Skip to main content
SUPERVISOR
Mohsen Nasresfahany
محسن نصراصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Omid Aghajani
امید آقاجانی گیلده

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395

TITLE

Numerical Study of Hydrodynamics and Heat Transfer of Air Bubble passing from Fluid Flow inside Microchannel
: The Taylor flow has been taken into consideration in recent decades. Many experiments have been done in this regard, although due to the difficulty of measuring, it is not possible to study some of the parameters in laboratory. So a numerical investigation can be useful. In this study, the hydrodynamic behavior and heat transfer of a Taylor air bubble flowing through a liquid in a circular microchannel with a diameter of 0.5 mm and a length of 10 mm in axial symmetry was simulated by Fluent software. Water and ethanol were used as liquid in the microchannel. The effect of fluid type, velocity and wall heat flux on the wall were investigated. The results show that the type of fluid (which changes the properties) and velocity, which are effective parameters in the capillary number and Reynolds number, change the shape of the bubbles. Increasing the capillary and Reynolds number can increas the thickness of the liquid film around the bubble and form the wave at the end of the bubble. The liquid film thickness can directly affect the heat transfer around the bubble, so that the lower the thickness, the heat transfer from the channel wall to the liquid surface occurs with lower resistance. Simulations also showed that there are rotational flows inside and around the bubble. The presence of these currents in front of the bubble causes heat transfer from the wall to the microchannel center. Such flows in the liquid film also increase the shear stress. As a result, Nusselt number increases with the velocity and heat flux on the wall. Due to the fact that the velocity increases the thickness of the liquid film, the local Nusselt number in the liquid film decreases. Keyword: Microchannel, Two Phase Flow, Taylor Bubble, Heat Transfer, Fluent
جریان تیلور در دهه‌های گذشته موردتوجه واقع‌شده است و آزمایش‌های بسیاری در این زمینه انجام‌شده است، هرچند به دلیل دشواری اندازه‌گیری‌ها مطالعه برخی پارامترها به‌صورت آزمایشگاهی امکان‌پذیر نیست، بنابراین بررسی عددی در این زمینه می‌تواند مفید باشد. در این پژوهش رفتار هیدرودینامیکی و انتقال حرارت عبور یک حباب تیلور هوا از درون مایع داخل یک میکرو کانال مدور به قطر 5/0 میلی‌متر و طول 10 میلی‌متر به‌صورت تقارن محوری توسط نرم‌افزار فلوئنت (Fluent) شبیه‌سازی‌شده است. از دو سیال آب و اتانول به‌عنوان مایع داخل میکرو کانال استفاده‌شده است. اثر تغییر سیال، سرعت و شار حرارتی وارده بر دیواره بررسی‌شده است. نتایج نشان می‌دهد تغییر سیال (که باعث تغییر خواص می شود) و تغییر سرعت که پارامترهای مؤثر در عدد مویینگی و عدد رینولدز هستند، می تواند در شکل حباب‌ها تغییر ایجاد کند، به این صورت که با افزایش عدد مویینگی و رینولدز ضخامت فیلم مایع اطراف حباب بیشتر شده و در انتهای حباب حالت موجی شکل به وجود می‌آید. مقدار ضخامت فیلم مایع می‌تواند به‌طور مستقیم بر انتقال حرارت در اطراف حباب تأثیرگذار باشد، به این صورت که هرچه این ضخامت کمتر باشد انتقال حرارت از دیواره کانال به سطح مایع راحت‌تر انجام می‌شود. همچنین شبیه‌سازی‌ها نشان داد که جریان‌های چرخشی در فیلم مایع اطراف حباب وجود دارد. وجود این جریان‌ها در جلوی حباب باعث انتقال گرما از سطح به مرکز میکرو کانال می شود. چنین جریان‌هایی در فیلم مایع باعث افزایش تنش برشی می‌شود. در نتایج مربوط به عدد ناسلت مشاهده شد که با افزایش سرعت و شار گرمایی وارد بر دیواره مقدار ناسلت افزایش می یابد، اما با توجه به اینکه افزایش سرعت باعث افزایش ضخامت فیلم مایع می شود، مقدار ناسلت در فیلم مایع کاهش می‌یابد. کلمات کلیدی: میکرو کانال، جریان دوفازی، حباب تیلور، انتقال گرما، فلوئنت

ارتقاء امنیت وب با وف بومی