دانشکده مهندسی مکانیک
پایان نامه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی مکانیک (تبدیل انرژی)
بررسی عددی تأثیر میکروساختارها بر انتقال حرارت و اختلاط مایعات در میکروکانالها
اساتید راهنما:
دکتر امید ابوعلی
دکتر خسرو جعفرپور
چکیده
نیاز به انتقال حرارت بالا از بسته های الکترونیکی و سیستمهای نوری و غیره چالشی در زمینه مدیریت گرمایی ایجاد کرده است. چاه حرارتی میکروکانالی در این زمینه به عنوان یک فاکتور کلیدی در بالا بردن توان پراکنده سازی گرمایی سیستم ها در ابعاد کوچک نقش بسرایی ایفا می کنند. در این مطالعه، جریان سه بعدی آرام آب خنک کننده همراه با انتقال حرارت جابجایی اجباری درون میکروکانال های دارای میکروساختارها مورد بررسی قرار گرفته است. این میکروساختارها مقطع دایروی داشته و ابعاد آنها معین می باشد و به صورت آرایه هایی یک در میان و یا با الگویی مورب در کف کانال تعبیه می شوند. معادلات حاکم شامل معادلات بقای جرم، مومنتم و انرژی هستند. در این تحقیق از نرم افزار فلوئنت برای مطالعه چاه حرارتی میکروکانالی استفاده شده است. بعد از اینکه از صحت نتایج بدست آمده در مقایسه با اطلاعات آزمایشگاهی اطمینان حاصل شد، اثر میکروساختارها بر عملکرد انتقال حرارت چاه حرارتی مطالعه گردید. نتایج نشان می دهد در توانهای پمپاژ بزرگتر از 5/0 وات نرخ انتقال حرارت چاه حرارتی میکروکانالی پره دار از یک چاه حرارتی میکروکانالی ساده ولی بهینه کمتر است. اما در توان پمپاژ کوچک مانند 05/0 وات، حرارت منتقل شده از میکروکانالهای ساده بهینه کمتر از مقدار آن برای چاه حرارتی پره دار می باشد. همچنین نرخ تولید انتروپی در میکروکانال های پره دار بررسی شد و نرخ تولید انتروپی بی بعد به عنوان فاکتور مناسبی برای بهینه کردن چاه حرارتی میکروکانالی پره دار مشخص شد. از دیگر مطالعات صورت گرفته در پژوهش حاضر، بررسی تأثیر چیدمان های مختلف پره های استوانه ای در میکروکانالها بر پدیده اختلاط در ابعاد کوچک می باشد. نتایج نشان دهنده بازدهی اختلاط بالا در میکروکانالهای پره دار با چیدمان یک در میان به ازای اعداد رینولدز مختلف می باشد. در پایان جریان زمانمند اطراف پره های درون کانال مورد مطالعه قرار گرفت.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل 1: مقدمه 1
1-1- پیشگفتار 2
1-2- نحوه ساخت میکروکانال 5
1-3- توصیف مسأله 8
1-4- اهداف پایان نامه 11
فصل 2: مروری بر تحقیقات گذشته 12
فصل 3: اختلاط در ابعاد کوچک 28
3-1- چالش ایجاد انتقال جرم و اختلاط در ابعاد کوچک 29
3-2- پدیده انتقال جرم 29
3-2-1- انتقال جرم از طریق مکانیزم نفوذ 30
3-2-2- انتقال جرم از طریق مکانیزم جابجایی 30
3-3- انواع ریزمخلوط‌کن‌ها و شیوه‌های اختلاط 31
3-4- میکروکانالهای پره دار به عنوان ریزمخلوط‌کن‌ها 34
3-5- روشهای تعیین میزان اختلاط 36
فصل 4: معادلات حاکم 38
4-1- مقدمه 39
4-2- تولید شبکه 40
4-3- معادلات حاکم 42
4-4- شرایط مرزی 43
عنوان صفحه
فصل 5: نتایج 46
5-1- معرفی هندسه مسأله 47
5-2- مطالعه شبکه 51
5-3- همگرایی 54
5-4- سنجش صحت نتایج برای چاه حرارتی 55
میکروکانالی پره دار با فرض دائمی بودن جریان
5-5- نتایج به دست آمده برای چاه حرارتی 58
میکروکانالی پره دار با فرض دائمی بودن جریان
5-5-1- انتقال حرارت در میکروکانال چاه حرارتیcm² 2×1 58
5-5-2- انتقال حرارت در چاه حرارتیcm² 1×1 65
5-6- نرخ تولید انتروپی در چاه حرارتی میکروکانالی 73
5-7- بررسی رفتار غیر دائمی جریان در چاه حرارتی میکروکانالی پره دار 76
5-7-1- سنجش صحت نتایج برای حل زمانمند جریان 76
حول یک استوانه دو بعدی
5-7-2- نتایج به دست آمده برای چاه حرارتی میکروکانالی 79
پره دار با فرض ناپایدار و دو بعدی بودن جریان
5-7-3- سنجش صحت نتایج برای جریان سه بعدی زمانمند حول یک استوانه 82
5-7-4- نتایج به دست آمده برای چاه حرارتی میکروکانالی پره دار 87
با فرض ناپایدار و سه بعدی بودن جریان
5-8- نتایج برای اختلاط مایعات در میکروکانالها 88
5-8-1- صحه گذاری نتایج عددی حاضر برای اختلاط مایعات در میکروکانالها 88
5-8-2- نتایج به دست آمده برای اختلاط در میکروکانالها 89
فصل 6: جمع بندی و پیشنهادات 97
6-1- جمع بندی 98
عنوان صفحه
6-2- پیشنهادات 99
مراجع 100
براي دانلود متن كامل پايان نامه اينجا كليك كنيد
نظرات شما عزیزان:
تبادل لینک هوشمند