عنوان

بررسی عددی تاثیر استفاده از چیدمان های مختلف مواد متخلخل بر بهبود انتقال ‍‍‍‍ حرارت در داخل یک میکروکانال

شماره

۵۰۳۰پ

زبان متن نوشتاري يا گفتاري و مانند آن

فارسی

عنوان اصلي

بررسی عددی تاثیر استفاده از چیدمان های مختلف مواد متخلخل بر بهبود انتقال ‍‍‍‍ حرارت در داخل یک میکروکانال

نام عام مواد

[پایان نامه]

نام نخستين پديدآور

صدرا فروزی

نام ناشر، پخش کننده و غيره

صنعتی سهند

تاریخ نشرو بخش و غیره

۱۴۰۲

نام خاص و کميت اثر

۱۱۱ص.

ساير جزييات

مصور، جدول، نمودار

مواد همراه اثر

CD

جزئيات پايان نامه و نوع درجه آن

کارشناسی ا رشد

نظم درجات

مهندسی مکانیک- تبدیل انرژی

زمان اعطا مدرک

۱۴۰۲/۰۶/۰۱

متن يادداشت

در دهه‌های گذشته، مطالعه انتقال حرارت در مقیاس میکرو بسیار مورد توجه قرار گرفته و به ابداع دستگاه‌های جریان میکرو منجر شده است. این دستگاه‌ها تأثیر قابل توجهی در زمینه‌های پزشکی، شیمی، بیوتکنولوژی و خنک‌کن‌های الکترونیکی داشته‌اند. پژوهش حاضر به بررسی تأثیر چیدمان‌های مختلف مواد متخلخل بر انتقال حرارت در میکروکانال با رژیم لغزشی می‌پردازد. دیواره میکروکانال در شرایط دما ثابت قرار دارد. جریان هوا با سرعت مشخص وارد می‌شود. جریان گاز به صورت پایا ، آرام و تراکم ناپذیر در نظر گرفته شده است. همچنین بین فاز جامد و سیال شرط عدم تعادل حرارت موضعی برقرار است. در این حالت دیواره میکروکانال در دمای ثابت و گرم تر از سیال قرار دارد همچنین در شرایط مرزی دیواره‌ها لغزش برقرار است و معادلات مرتبه اول ماکسول اعمال می‌شود. مطالعه تأثیرات متغیرهایی نظیر ضخامت لایه، تعداد لایه‌ها، نسبت ضریب هدایت حرارتی و تغییرات در اعداد نادسن و دارسی روی انتقال حرارت و افت فشار انجام شده است. نتایج با حالت‌های بدون مواد متخلخل و حالت‌های متخلخل مقایسه و تحلیل شده‌اند. برای ارزیابی، از متغیرهای بی‌بعد ناسلت و افت فشار استفاده شده است. در این مطالعه عددی، معادلات به صورت عددی توسط نرم افزار فلوئنت حل شده است و نتایج با منابع معتبر در این زمینه صحت سنجی شده است. نتایج نشان داده‌اند که استفاده از لایه‌های متخلخل می‌تواند انتقال حرارت را بهبود ببخشد، اما افزایش تعداد و یا ضخامت این لایه‌ها ممکن است به افزایش افت فشار منجر شود. همچنین، تغییرات در پارامترهای مثل هدایت حرارتی، ضخامت لایه، و نوع چیدمان می‌تواند تاثیر چشم‌گیری بر کارایی انتقال حرارت داشته باشد. نتایج نشان داده‌اند که افزایش عدد نادسن و دارسی تاثیرات معنی‌داری بر عدد ناسلت و افت فشار دارد. بهترین ضخامت و تعداد لایه متخلخل براساس پارامترهای مختلف و در شرایط متفاوت متغیر است. به عنوان مثال، در یک لایه متخلخل، هدایت حرارتی به طور محسوس بر ضخامت بهینه لایه متخلخل تأثیر می‌گذارد. با این حال، در اکثر نمودارها، ضخامت Yp=0.8 بهترین عملکرد حرارتی را دارد و باعث افزایش 22 درصدی عدد ناسلت می گردد، اما در عین حال بیشترین افت فشار را نیز ایجاد می‌کند. همچنین در چیدمان چند لایه، با افزایش تعداد لایه‌های متخلخل، افت فشار افزایش می‌یابد و عدد ناسلت نیز کاهش می‌یابد. در نتیجه، اضافه کردن لایه‌های متخلخل توصیه نمی‌شود. اما در صورتی که هدایت حرارتی موثر کمتر از Ke=10-2 باشد، هدایت حرارتی فاز جامد افزایش می‌یابد و با افزایش تعداد لایه‌های متخلخل، عدد ناسلت 32 درصد افزایش می‌یابد. در نهایت، بررسی‌ها نشان می‌دهد که انتخاب مناسب چیدمان متخلخل برای بهینه‌سازی انتقال حرارت و محدود کردن افت فشار ضروری است.

متن يادداشت

In recent decades, the study of heat transfer at the microscale has received significant attention, leading to the invention of microfluidic devices. These devices have had a significant impact in fields such as medicine, chemistry, biotechnology, and electronic cooling. The current research investigates the effect of different porous material arrangements on heat transfer in a microchannel with a slip regime. The microchannel wall is kept at a constant temperature. Air flows in at a specified speed. The gas flow is considered steady, laminar, and incompressible. Also, there is a local thermal non-equilibrium condition between the solid and liquid phases. In this situation, the microchannel wall is warmer than the fluid and is kept at a constant temperature. Slip boundary conditions are applied to the walls, and Maxwell's first-order equations are utilized. The study examines the effects of variables such as layer thickness, the number of layers, the ratio of thermal conductivity coefficient, and changes in Nusselt and Darcy numbers on heat transfer and pressure drop. The results are compared with the cases without porous materials and those with porous conditions. For evaluation, dimensionless variables like Nusselt number and pressure drop are used. In this numerical study, the equations are solved using the Fluent software, and the results are validated with reputable sources in this field. The findings show that using porous layers can enhance heat transfer, but increasing the number or thickness of these layers might result in a higher pressure drop. Additionally, variations in parameters such as thermal conductivity, layer thickness, and layer arrangement can have a noticeable effect on heat transfer efficiency. The results indicate that increasing the Nusselt and Darcy numbers has significant effects on the Nusselt number and pressure drop. The optimal porous layer thickness varies depending on different parameters and conditions. For instance, in a porous layer, thermal conductivity significantly influences the optimal porous layer thickness. However, in most graphs, a thickness of Yp=0.8 offers the best thermal performance but also causes the highest pressure drop. In multi-layer arrangements, with the increase in the number of porous layers, the pressure drop increases, and the Nusselt number decreases. Hence, adding more porous layers is not recommended. But if the effective thermal conductivity is less than Ke=10-2, the thermal conductivity of the solid phase increases, and with the addition of more porous layers, the Nusselt number also increases. In conclusion, the studies suggest that the appropriate selection of porous arrangements is crucial for optimizing heat transfer and minimizing pressure drops.

عنوان گونه گون

Investigating the effect of utilizing porous media in microchannels for heat transfer enhancement

موضوع مستند نشده

میکروکانال

موضوع مستند نشده

ماده متخلخل

موضوع مستند نشده

رژیم لغزشی

موضوع مستند نشده

انتقال حرارت جابه‌جایی اجباری

اصطلاح موضوعی

میکروکانال، ماده متخلخل، رژیم لغزشی، انتقال حرارت جابه‌جایی اجباری

اصطلاح موضوعی

Microchannel, Porous Media, Slip Flow, Forced Heat Transfer Convection

مستند نام اشخاص تاييد نشده

فروزی، صدرا

عنصر شناسه اي

حسین‌پور

ساير عناصر نام

، سیامک

کد نقش

استاد راهنما

عنصر شناسه اي

صنعتی سهند

کشور

ایران

سازمان

دانشگاه صنعتی سهند

شماره بازیابی

مکانیک، ۸۰۵۴۳، ۱۴۰۲

فرمت انتشار

p

نوع ماده

TF

کد کاربرگه

92029

سطح دسترسي

a

تكميل شده

Y