دانشگاه آزاد اسلامی
واحد تهران جنوب
دانشکده تحصیلات تکمیلی
“M.Sc” پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد
مهندسی مکانیک – تبدیل انرژی
عنوان:
شبیه سازی عددی جریان لغزشی آرام در میکروکانال های با مقطع ذوزنقه ای
چکیده:
امروزه با توسعه صنایع الکترونیک و توجه به تکنیک های کوچک سازی قطعات الکترونیکی، توانایی دفع حرارت از این قطعات فاکتور مهمی در طراحی آن ها محسوب می شود. با کوچکتر شدن قطعات الکترونیکی، شار های حرارتی تولیدی در این قطعات بالاتر رفته است، به طوریکه این شارهای حرارتی از مرز 100w/cm2 نیز فراتر می روند. عملکرد این قطعات مستقیما به میزان درجه حرارت آن ها بستگی دارد، بنابراین درجه حرارت آن ها باید در یک محدوده مطمئن نگه داشته شود.
در این تحقیق جریان سیال و انتقال حرارت در میکروکانال های ذوزنقه ای به طور عددی مورد بررسی قرار گرفته است. معادلات ناویراستوکس و نیز معادله انرژی بر مبنای روش حجم محدود توسط نرم افزار FLUENT با در نظر گرفتن شرایط مرزی سرعت لغزشی و پرش دمایی روی دیواره تحلیل شده اند. سپس تاثیرات عدد رینولدز،سرعت لغزشی و پرش دمایی روی عدد پویزل و عدد ناسلت برای نسبت های هندسی و اعداد نادسن مختلف مورد بررسی قرار گرفته است.نتایج نشان می دهد که نسبت هندسی و عدد نادسن نقش مهمی در عدد پویزل و عدد ناسلت در میکروکانال های ذوزنقه ای دارند. عدد رینولدز اثرات قابل توجهی بر عدد ناسلت در اعداد رینولدز پایین دارد.اما تاثیر آن بر عدد پویزل اهمیت چندانی در محدوده مورد مطالعه ندارد.
مقدمه
توانایی ساخت ابزارهای کوچک در حدود میکرون (MEMS) بهانه ای جدید برای تحقیقات گسترده علمی شده است و آهنگ رشد مقالات علمی با ایده های نو را شتاب داده است. حوزه سیالاتی (MEMS) شامل طراحی و ساخت ابزارهایی برای انتقال ماهرانه و هدفمند سیالات است. مطالعات علمی این حوزه تحت نام میکروسیالات انجام می شود و در این میان میکرو کانال ها آتش علاقه به مکانیک سیالات کلاسیک را مجددا شعله ور ساخته اند . به طور کلی کانال هایی با قطر هیدرولیکی بین 1 تا 100 میکرومتر را میکروکانال می نامند و از آن ها به منظورهای مختلفی نظیر انتقال حرارت، انتقال گونه های جرمی و طراحی لایه های سطحی در ابزار (MEMS) استفاده می شود.
استفاده از سیستم های میکروسیالی برای کنترل حجم های کوچک سیال، فواید بسیاری را در صنایع مهندسی شیمی و بیوشیمی دارد. تولیدات میکروسیالی پیشرفته شامل مبدل های حرارتی مینیاتوری برای خنک کردن سیکل های مرکب، میکرو راکتورها برای تولید مقادیر کم مواد خطرناک یا گران، سنسورهای بیوشیمیایی lab-on-a-chip که آزمایشات بیولوژیک پیچیده روی نمونه های نانو لیتری انجام می دهند، سیستم های کروماتوگرافی (رنگ نگاری) گاز قابل حل برای یافتن منابع آلوده کننده هوا می باشند. وجه مشترک بین این مثال ها نیاز به حرکت دادن سیال در وسیله به صورت کنترل شده است.
فصل اول: کلیات
1-1) آشنایی با میکروکانال ها
تکنولوژی میکرو ماشین کاری که در اواخر سال 1980 به وجود آمده، توانایی تولید سنسورها و فعال کننده هایی در ابعاد میکرون را دارد. این میکرو مبدل ها (میکرو ترانس ها) می توانند با سیگنال های مناسب و شدت جریان یکی شده تا میکرو سیستم های الکتریکی – مکانیکی را به وجود آورند. که می توانند توزیع زمان حقیقی را ایجاد کنند.
این قابلیت یک نظریه جدید را برای تحقیقات مربوط به کنترل جریان، ایجاد می کند. از سوی دیگر، اثرات سطحی، بر جریان سیال میان این وسایل میکرو مکانیکی غالب می شود. که این امر به خاطر، بزرگی نسبت سطح به حجم در شکل گیری ابعاد میکرون می باشد.
ما نیاز به آزمایش دوباره نیروهای سطحی در معادلۀ مومنتوم داریم . به علت کوچک بود ن شان، گاز در اعداد نادسن بالا جریان می یابد و بنابراین شرایط مرزی نیاز به تغییرات دارد. به علاوه با ایجاد این تکنولوژی، این سیستم ها همچنین می توانند، زمینه ساز اصلی برای تحقیقات علم جریان باشند.
در طول دهه اخیر، تکنولوژی میکروماشین کاری برای ساختن اجزاء مکانیکی در ابعاد میکرون، در دسترس است. میکرو ماشین ها نقش مهمی در بیشتر علوم داشته اند (نظیر بیولوژی، پزشکی، اپتیک، علوم فضا و مهندسی برق و مکانیک) که ما در این تحقیق، بحث خود را به آثار انتقال جریان و به طور ویژه روی دینانیک سیالات، محدود می کنیم.
براي دانلود متن كامل پايان نامه اينجا كليك كنيد
نظرات شما عزیزان:
تبادل لینک هوشمند