مطالعه عددی جریان نانوسیال و انتقال گرما در یک میکروکانال با یک ریب آشوب ساز جریان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه بناب، بناب، ایران

2 دانشجوی کارشناسی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه بناب، بناب، ایران

چکیده

در تحقیق حاضر به مطالعه­ عددی جریان سیال حول یک ریب مستطیلی آشو­ب­ساز جریان در یک میکروکانال مستطیلی پرداخته شده است. هدف از این مطالعه، بررسی تاثیر پارامترهای کلیدی طراحی شامل ارتفاع و طول ریب و عدد رینولدز بر مشخصه­های هیدرودینامیکی جریان سیال می­باشد. همچنین انتقال­ گرمای جابجایی اجباری جریان نانوسیال درون میکروکانال مذکور مورد مطالعه عددی قرار گرفته است. هدف از این مطالعه نیز بررسی اثر کسر حجمی نانوذرات و ریب بر انتقال ­گرما می­باشد. معادلات پایا، دوبعدی و تراکم­ناپذیر حاکم در رژیم­های­­­ لایه‌ای و آشفته در یک شبکه بی­سازمان هموار، با تعداد سلول­های­ کافی و با فشرده­سازی آنها در نواحی با گرادیان­های شدید متغیرهای جریان با روش حجم محدود حل ­شده­اند. اعتبارسنجی شبیه­سازی­ها با مقایسه نتایج با اطلاعات تجربی موجود در ادبیات فن صورت­ گرفته ­است­. این مقایسه نشان­ دهنده توافق خوب بین آنها می­باشد. نتایج کار حاضر با جزئیات دقیق و اعتبارسنجی شده می­تواند در طراحی میکروسیستم­ها به ­کار گرفته شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Kockmann N., Micro Process Engineering: Fundamentals, Devices, Fabrication, and Applications. Wiley-VCH, Weinheim, 2006.
[2] Lee T. and Mateescu D., Experimental and Numerical Investigation of 2-D Backward-Facing Step Flow. Journal of Fluids and Structures, Vol. 12, pp. 703-716, 1998.
[3] Wengle H., Huppertz A., Barwolff G. and Janke G., The Manipulated Transitional Backward-Facing Step Flow: An Experimental and Direct Numerical Simulation Investigation. European Journal of Mechanics. B. Fluids, Vol. 20, pp. 25-46, 2001.
[4] Le H., Moin P. and Kim J., Direct Numerical Simulation of Turbulent Flow over a Backward-Facing Step. Journal of Fluid Mechanics, Vol. 330, pp. 349-374, 1997.
[5] Kaiktsis L. and Monkewitz, P. A., Global Destabilization of Flow over a Backward-Facing Step. Physics of Fluids, Vol. 15, pp. 3647-3658, 2003.
[6] Kherbeet A. S., Mohammed H. A., Munisamy K. M. and Salman B. H., The Effect of Step Height of Microscale Backward-Facing Step on Mixed Convection Nanofluid Flow and Heat Transfer Characteristics. International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 68, pp. 554-566, 2014.
[7] Tien W. H., Dabiri D. and Hove J., Color-Coded Three-Dimensional Micro Particle Tracking Velocimetry and Application to Micro Backward-Facing Step Flows. Experiments in Fluids, Vol. 55, pp. 1-14, 2014.
[8] Huang C. T., Li P. N., Pai C. Y., Leu T. S. and Jen C. P., Design and Simulation of a Microfluidic Blood-Plasma Separation Chip Using Microchannel Structures. Separation Science and Technology, Vol. 45, pp. 42-49, 2010.
[9] Kanaris A. G., Anastasiou A. D. and Paras S. V., Modeling the Effect of Blood Viscosity on Hemodynamic Factors in a Small Bifurcated Artery. Chemical Engineering Science, Vol. 71, pp. 202-211, 2012.
[10] Stogiannis I. A., Passos A. D., Mouza A. A., Paras S. V., Penkavova V. and Tihon J., Flow Investigation in a Microchannel with a Flow Disturbing Rib. Chemical Engineering Science, Vol. 119, pp. 65-76. 2014.
[11] Kakaç S. and Pramuanjaroenkij A., Review of Convective Heat Transfer Enhancement with Nanofluids. International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 52, pp. 3187-3196, 2009.
[12] Akbarnia A. and Laur R., Investigating the Diameter of Solid Particles Effects on a Laminar Nanofluid Flow in a Curved Tube Using a Two Phase Approach. International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 29, pp. 706-714, 2008.
[13] Aminfar H, Mohammadpourfard M. and Kahnamouei Y. N., A 3D Numerical Simulation of Mixed Convection of a Magnetic Nanofluid in the Presence of Non-Uniform Magnetic Field in a Vertical Tube Using Two Phase Mixture Model. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 323, pp. 1963-1972, 2011.
[14] Abbasian Arani A. A. and Amani J., Experimental Investigation of Diameter Effect on Heat Transfer Performance and Pressure Drop of TiO2–Water Nanofluid. Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 44, pp. 520-533, 2013.
[15] Kalteh M., Abbassi A., Saffar-Avval M. and Harting J., Eulerian-Eulerian Two-Phase Numerical Simulation of Nanofluid Laminar Forced Convection in a Microchannel. International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 32, pp. 107-116, 2011.
[16] Kalteh M., Abbassi A., Saffar-Avval M., Frijns A., Darhuber A., Harting J., Experimental and Numerical Investigation of Nanofluid Forced Convection Inside a Wide Microchannel Heat Sink. Applied Thermal Engineering, Vol. 36, pp. 260-268, 2012.
[17] Kalteh M., Investigating the Effect of Various Nanoparticle and Base Liquid Types on the Nanofluids Heat and Fluid Flow in a microchannel. Applied Mathematical Modeling, Vol. 37, pp. 8600–8609, 2013.
[18] Khanafer Kh. and Vafai K., A Critical Synthesis of Thermophysical Characteristics of Nanofluids. International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 54, pp. 4410-4428, 2011.