دانشگاه آزاد اسلامی
واحد تهران جنوب
دانشکده تحصیلات تکمیلی
“M.Sc” پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد
مهندسی مکانیک – تبدیل انرژی
عنوان:
بررسی اثر تشعشعی میکروکانال های قابل استفاده در خنک کاری تجهیزات الکترونیکی
چکیده:
در این پژوهش تحلیلی بر انتقال حرارت تشعشعی در میکروکانال ها انجام شده است. تحلیل حرارتی یک میکروکانال با سطح مقطع مستطیلی شکل که توسط سیال عاملی چون یک نانوسیال تک فاز با جریان لایه ای خنک می شدند. از نتایج کارهای قبلی که در شرایط دیواره دما ثابت به دست آمده بودند در این بررسی استفاده شد و نقشه خطای روش یک معادله ای و دو معادله ای در شناسایی مسائلی که اثر تشعشع در آنها بیشتر است استفاده شد. تبادل تشعشعی بین سطوح سقف و کف میکروکانال بررسی شد. به اثر حضور نانوذره ها و اثر تشعشع در فاصله های بسیار کم نیز اشاره شد.
دیباچه:
در چند دهه اخیر افق های جدیدی پیش روی ساخت تجهیزات و سیستم های با مقیاس میکرو قرار گرفته است. هر چه که توانایی بشر در افزایش میزان دفع حرارت از واحد سطح تکامل بیشتری یابد امکان استفاده از فناوری های پیشرفته برای افراد بیشتری فراهم می شود. یکی از مهم ترین چالش هایی که توسعه سیستم های با مقیاس میکرو با آن مواجه بوده و می باشد، مسئله دفع حرارت ناشی از عملکرد این دستگاه ها می باشد، لذا دستیابی به مدارج بالاتر انتقال حرارت با استفاده از میکروکانال ها مورد توجه قرار گرفت لیکن به سهم تشعشع در انتقال حرارت در میکروکانال ها کمتر پرداخته شده است.
هدف از پژوهش حاضر در نظر گرفتن سهم تشعشع در انتقال حرارت در میکروکانال ها جهت دستیابی به پیش بینی های دقیق تری از انتقال حرارت کل در میکروکانال ها می باشد.
گفتار نخست
1- معرفی میکروکانال ها
1-1- نیازمندی به گذرگاه های باریکتر برای عبور جریان
جریان سیال داخل کانال ها در بطن بسیاری از سیستم های طبیعی و سیستم های ساخته شده توسط بشر قرار دارد، انتقال جرم و حرارت در سیستم های بیولوژیکی در کل طول دیواره های کانال قابل انجام می باشد، مواردی چون مغز، ریه ، کلیه، روده و مانند آنها، به مانند آنچه که در بسیاری از سیستم های ساخته شده توسط بشر به وقوع می پیوندد. مواردی چون مبدل های حرارتی، راکتورهای هسته ای، واحدهای تقطیر، واحدهای جداسازی هوا و نظیر آنها. به طور کلی فرایندهای انتقال در طول دیواره کانال ها انجام می شود، چرا که جریان حجمی از روی سطح مقطع کانال عبور می کند بنابراین سطح مقطع کانال می تواند به عنوان عبور دهنده سیال به داخل یا خارج دیواره های کانال ایفای نقش نماید. کانال دو وظیفه اساسی دارد که باید در طول عملکرد خود به انجام برساند:
1- سیال را به برخورد موثر با دیواره های کانال وادار نماید.
2- به منظور اینکه فرایند انتقال به خوبی انجام پذیرد کانال باید همواره سیال جدید را به سمت دیواره فرستاده و سیالی را که در نزدیک دیواره است و وظیفه فرایند انتقال خود را انجام داده از دیدار دور نماید تا سیال جدید در مجاورت دیواره جایگزین آن شود.
نرخ فرآیند انتقال به مساحت سطح تماس با سیال بستگی دارد که این خود برای کانال با سطح مقطع دایره ای به قطر کانال، D بستگی داشته همچنان که نرخ جریان نیز به مساحت سطح مقطع کانال بستگی دارد، که سطح مقطع نیز به طور خطی با D2 متناسب است، بنابراین نسبت مساحت سطح داخلی کانال به حجم با قطر کانال نسبت عکس خواهد داشت، پر واضح است که با کاهش قطر نسبت مساحت سطح داخلی کانال به حجم افزایش خواهد داشت.
در بدن انسان دوفرایند انتقال حرارت و جرم با اهمیت بسیار زیاد در ریه و کلیه اتفاق می افتد. جایی که قطر کانال ها یا به عبارتی دیگر مجراهای باریک چیزی در حدود چهارمیکرومتر می باشد. گستره ای از میکروکانال ها با ابعاد مختلف با ذکر نوع سیستمی که میکروکانال در آنها به کار رفته است، در شکل (1-1) آورده شده است.
جالب است که در سیستم های بیولوژیکی فرایندهای انتقال جرم، ابعاد کانال کوچکتری دارند، جایی که از کانال های با ابعاد بالاتر فقط به منظورجابجایی سیال استفاده می شود. از نقطه نظر مهندسی ما شاهد حرکتی از کانال های با ابعاد بالا یعنی حدود 10 تا 20 میلیمتر به کانال های با ابعاد پایین تر می باشیم تا جایی که علاقه به گستره از چند ده تا چندصد میکرومتر، استفاده از کلمه “مقیاس میکرو” به عنوان یک واژه متداول جهت استفاده در تقسیم بندی های علمی و مهندسی که با فرایندهایی در این مقیاس سروکار دارند، شناخته شده و پذیرفته شده است.
هرچه ابعاد کانال کوچکتر می شود تعداد بیشتری از تئوری هایی که برای توصیف وضعیت سیال، انرژی و انتقال جرم استفاده می شد نیازمند بررسی بیشتر جهت حصول اطمینان از اعتبار این تئوری ها در تشریح مسئله با ابعاد میکرو می باشد. دو عامل اساسی جهت دور شدن از تئوری های معمولی جهت توصیف مقیاس میکرو وجود دارد، به عنوان مثال به دلیل قطر کوچک کانال ممکن است شاهد تغییراتی در نحوه مدل سازی جریان سیال داخل کانال باشیم:
1- تغییری در فرایندهای اساسی مانند انحراف از فرضی محیط پیوسته برای جریان گاز، یا اثر گذاری مضاعف بعضی از نیروها مانند نیروهای الکتروسینتیکی و مانند آن.
2- عدم قطعیت در کاربرد عوامل اساسی که به روش های آزمایشگاهی در مسائل با مقیاس بالاتر به دست آمده است مانند ضرایب افت، ورودی و خروجی، جریان سیال داخل لوله ها.
3- عدم قطعیت در اندازه گیری های مقیاس میکرو مانند ابعاد هندسی و پارامترهای مسئله.
براي دانلود متن كامل پايان نامه اينجا كليك كنيد
نظرات شما عزیزان:
تبادل لینک هوشمند