Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad-Reza Azimian,Ebrahim Shirani
احمدرضا عظیمیان (استاد راهنما) ابراهیم شیرانی چهارسوقی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Massoud Massoudi farid
مسعود مسعودی فرید

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1385

TITLE

Slip-flow and Temperature Jump in Different Cross Section Micro-channels
Rarefied gas flow and heat transfer in the rectangular, trapezoidal, elliptical and circular micro-channels are investigated numerically in the slip-flow regime. A control-volume based numerical method is used to solve the Navier–Stokes and energy equations with velocity-slip and temperature-jump conditions at the walls. Effect of various parameters such as Reynolds number (from 0.1 to 1), channel aspect ratio (from 0.2 to 1), and Knudsen number (less than 0.1) on the velocity, pressure and temperature fields were examined., Also variation of parameters such as hydrodynamic and thermal entrance length, friction factor, Nusselt number, efficiency and thermal resistance of micro-channels with different cross sections are studied too. Comparison of the results with no slip and no jump condition showed that in the entrance region of all cross sections, a very large reduction in the friction factor and Nusselt number are obtained. This reduction is due to the rarefaction effects. There is a finite asymptotic value for the friction factor and Nusselt number at the channel inlet. This asymptotic limit is observed for any geometry at any value of Reynolds number. As it is evaluated at a location where fluid is about to enter the channel, and therefore, there is no recognition of the geometry and Reynolds number yet. In this region when the no-slip boundary condition is applied, strong pressure gradients that exist near the walls causes the maximum velocities to be found near the walls rather than in the channel core as would normally be expected. But the slip condition reduces the amount of pressure generated as a result of the slowing down of the fluid particles at the wall and therefore the maximum velocities near the walls decrease. As flow approaches the fully developed region the maximum velocities are found in the channel core which is due to reduction of the pressure gradients in the cross section. Applying temperature-jump at the wall reduces the heat transfer rates, and therefore, lowers the fluid temperature as compared to the no-slip/no-jump conditions. The best efficiency in these cross sections is for a elliptical cross section at the Re=0.3 , Kn=0.1 and ? =1/3 whit the maximum heat transfer rates and minimum pressure reduction. Key words Slip-flow, Temperature-jump, Rarefaction, Rectangular micro-channel, Trapezoidal micro-channel, Elliptical micro-channel, Circular micro-channel, Entrance region, Friction coefficient, Heat transfer coefficient.
در کار حاضر جریان لغزشی و انتقال حرارت سیال رقیق شده به همراه پرش دمایی در میکروکانال‌های مستطیلی، ذوزنقه‌ای، بیضوی و دایره‌ای مورد بررسی قرار گرفته است. برای حل معادلات ناویر استوکس و انرژی از روش حجم کنترل استفاده شده و شروط لغزش و پرش دمایی بر روی دیواره اعمال گردیده است. جریان برای اعداد نودسون کوچکتر از 1/0 حل شده و تاثیرات عدد رینولدز در محدوده 1/0 تا 1 و نسبت ارتفاع به عرض کانال(در میکروکانال‌های مستطیلی و ذوزنقه‌ای) و یا نسبت اقطار(در میکروکانال بیضوی) در محدوده 2/0 تا 1 بر روی پروفیل سرعت، میدان فشار، میدان دما و همچنین بر روی پارامترهای کلیدی جریان مانند طول ورودی هیدرودینامیکی و حرارتی، ضریب اصطکاک، عدد ناسلت، عملکرد میکروکانال و مقاومت حرارتی میکروکانال مورد تحقیق قرار گرفته است و تفاوت کمی هر یک از این پارامترها در مقاطع مختلف ارائه شده است. در کلیه میکروکانال‌ها در ناحیه ورودی، بروز پدیده لغزش و رقیق شدن سیال باعث افت شدید ضریب اصطکاک و عدد ناسلت نسبت به شرایط عدم لغزش و عدم پرش دمایی شده است. در دهانه ورودی مقدار f.Re و عدد ناسلت برای تمامی میکروکانال‌ها مقدار محدودی بوده که این مقدار به هندسه و عدد رینولدز وابسته نمی‌باشد زیرا در دهانه ورودی سیال در حال ورود به کانال بوده و هنوز درک درستی از هندسه و عدد رینولدز ندارد . همچنین در این منطقه در شرایط عدم لغزش وجود گرادیان فشار بالا در کنار دیواره باعث می‌شود که بیشینه سرعت سیال در کنار دیواره ها رخ دهد و با افزایش عدد نودسن و کاهش گرادیان فشار، مقدار سرعت کنار دیواره کاهش می یابد. با حرکت در طول کانال و نزدیک شدن به منطقه توسعه یافته به علت کاهش گرادیان فشار در مقطع میکروکانال بیشینه سرعت در میانه کانال اتفاق می افتد. پرش دمایی بر روی دیواره ها باعث کاهش نرخ انتقال حرارت شده و بنابراین دمای سیال نسبت به شرایط عدم لغزش وعدم پرش کمتر می باشد. بهترین عملکرد در بین مقاطع مورد بحث مربوط به مقطع بیضوی می‌باشد که در رینولدز 3/0، نودسن 1/0 و نسبت اقطار یک سوم بالاترین نرخ انتقال حرارت را در ازای کمترین افت فشار داراست. کلمات کلیدی جریان لغزشی، پرش دمایی، رقت، میکروکانال مستطیلی، میکروکانال ذوزنقه‌ای ، میکروکانال بیضوی، میکروکانال دایره‌ای، ناحیه ورودی، ضریب اصطکاک، عدد ناسلت.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی