دانشگاه آزاد اسلامی
واحد تهران جنوب
دانشکده تحصیلات تکمیلی
سمینار برای دریافت درجه کارشناسی ارشد “ M.Sc ”
مهندسی مکانیک- تبدیل انرژی
عنوان :
مقایسه کانالهای متعارف (لوله ها) با میکروکانالها
چکیده
در مورد میکروکانالهـا تقریبـاً هـیچ مطالعـه جـامعی وجـود نـدارد کـه تمـامی خـواص در روابـط
حاکم در آنهـا را بـه طـور کامـل بحـث کـرده باشـد و محققـان هـر کـدام بـه نـوعی بـه صـورت
موردی در مورد خواص میکروکانالها بحث و تحقیق کرده اند .
طـول مشخـصه یـک میکروکانـال بـا یـک سیـستم سـیال میکـرو در بـازه 1−100µm، اسـت و
اعداد رینولدزی که با آنهـا سـروکار داریـم بـسیار کوچـک هـستند (اغلـب از مرتبـه 1 یـا کمتـر )
و بنابراین در دسته جریان های آرام طبقه بندی می شوند .
شبیه سـازیهای عـدد ی مـی توانـد جریـان سـیال و انتقـال حـرارت در وسـیله هـای مکـانیکی را
پیش بینـی کنـد و عملکـرد یـک وسـیله میکـرو جدیـد را از قبـل از سـاخت سـخت افـزاری آن
را ارزیـابی کنـد. اکثـر متـدهای دینامیـک سـیالاتی محاسـباتی (CFD) بـرای مطالعـه جریـان
سیال بر پایه معادلات نـاویر اسـتوکس یـا اولـر هـس تند. مطالعـه در مـورد سیـستم هـای میکـرو
اغلـب در محـیط هـای گـازی در شـرایط اتمـسفری (کـه مـسیر آزاد میـانگین مولکـولی تقریبـاً
70 نـانومتر اسـت) محاسـبه شـده اسـت. نـسبت مـسیر آزاد میـانگین ( λ ) بـه طـول مشخـصه
(L) مـی تواتنــد محاسـبه شــود. ایــن نـسبت کــه بــه نـام عــدد نادســن شـناخته شــده اســت
برای مـشخص کـردن درجـه دقیـق بـودن سـیال بـه کـار رفتـه اسـت . هنگـامی کـه
Kn افزایش مـی یابـد تبـادل مـومنتم و انـرژی بـین سیـستم هـا و محـیط رفتـاری نـشان مـی
دهد که مـی توانـد بـه سـاختار مولکـولی گسـسته محـیط نـسبت داده مـی شـود . بـه طـورکلی
هنگـامی کـه Kn>0.01 اسـت آثـار رقیـق بـودن مهـم مـی شـود . بنـابراین CFD متـداول بـر
پایـه پیوسـتگی هنگـام شـبیه سـازی جریـان در حـد میکـرو بـه علـت درهـم شکـستن فـرض
پیوستگی ناصحیح می شود. (یا منحرف می شود )
رژیم های جریان را می توانیم از روی عدد Kn به 4 بازه تقسیم کنیم :
محیط پیو سـته اسـت، معـادلات NS برقـرار هـستند و هـیچ سـرعت لغزشـی روی دیـوار وجـود
Kn <0.01⇒ .ندارد
رژیم جریان لغزشـی . NS در بدنـه جریـان معتبـر اسـت ولـی در مرزهـا بایـد شـرایط لغزشـی را
0.01< Kn <0.1⇒ کنیم جایگزین
0.1< Kn <10⇒ گذرا جریان رژیم
جریان مولکولی آزاد ⇒Kn >10
ما در اینجا با استفاده از سه روش شبیه سازی، جریان در میکروکانالها را مورد بررسی قرار می
دهیم.
مقدمه
انتقال سـیال در یـک مجـرای بـسته (کـه اگـر دارای سـطح مقطـع دایـره ای باشـد لولـه و اگـر
دارای سطح مقطـع دایـروی نباشـد duct نامیـده مـی شـود ) در زنـدگی روزانـه مـا دارای نقـش
بسیار اساسی است . بـا کمـی تفکـر در دنیـای اطـراف متوجـه خـواهیم شـد کـه کـاربرد جریـان
در لوله دارای دامنه بسیار وسـیعی اسـت . ایـن کاربردهـا از خـط لولـه هـای بـسیار طویـل مثـل
خـط لولـه انتقـال نفـت خـام از میـان آلاسـکا بـه طـول 800 مایـل متغیـر اسـت تـا سیـستم
طبیعـی لولـه هـایی کـه خـون را از میـان بـدن مـا جـاری مـی سـازند. مایـک تحلیـل دقیـق از
سـاده تـرین جریـان هـای در داخـل لولـه (مثـل جریـان لامینـار در لولـه هـای بـا قطـر ثابـت
مستقیم طویل ) و مفـاهیم تحلیـل ابعـاد آمیختـه بـا نتـایج تجربـی را بـرای انـواع دیگـر جریـان
ها به کار خواهیم برد و در فصل اول ارائه خواهیم داد .
حال اگر ابعاد این لوله ها بسیار کوچک باشد مـثلاً میکـرو یـا نـانو در مـورد آنهـا چـه مـی تـوان
گفت؟
در مورد میکروکانالهـا تقریبـاً هـیچ مطالعـه جـامعی وجـود نـدارد کـه تمـامی خـواص در روابـط
حاکم در آنهـا را بـه طـور کامـل بحـث کـر ده باشـد و محققـان هـر کـدام بـه نـوعی بـه صـورت
موردی در مورد خواص میکروکانالها بحث و تحقیق کرده اند .
طـول مشخـصه یـک میکروکانـال بـا یـک سیـستم سـیال میکـرو در بـازه 1−100µm، اسـت و
اعداد رینولدزی که با آنهـا سـروکار داریـم بـسیار کوچـک هـستند (اغلـب از مرتبـه 1 یـا کمتـر )
و بنابراین در دسته جریان های آرام طبقه بندی می شوند
براي دانلود متن كامل پايان نامه اينجا كليك كنيد
نظرات شما عزیزان:
تبادل لینک هوشمند