بررسی عددی جریان و انتقال حرارت در جریان میکروپواسل در رژیم لغزشی

شیوه ی جدیدی از مدل سازی جریان های میکرو در این پایان نامه ارائه می گردد. ابتدا با استفاده از بسط اختلالی میدان های سرعت، فشار و دما معادلات پیوسته ی حاکم بر دینامیک سیال توسعه داده می شوند. سپس مرتبه های مختلفی از معادلات نسبت به عدد نودسن استخراج می گردد. شرایط مرزی لازم برای حل هر مرتبه از این معادلات، از طریق جایگزاری بسط های اختلالی در شرایط مرزی کلی برای لغزش سرعت و پرش دما به دست می آیند. در این تحقیق از بسط های اختلالی سه جمله ای استفاده می شود و به سه مرتبه از معادلات o(1)، o(kn)، o(kn2) و شرایط مرزی مربوط به هر یک استخراج می شود.معادلات o(1) در واقع همان معادلات ناویراستوکس غیرلغزشی می باشند. همچنین معادلات o(kn) و o(kn2) تصحیحات لازم به دلیل لغزش سرعت و پرش دما حاکم می باشند. این مجموعه از معادلات با استفاده از روش حجم محدود در حالت دوبعدی و بر روی یک شبکه ی staggered گسسته سازی می شوند. الگوریتم کلی حل شامل سه مرحله می باشد: مرحله ی اول، شامل حل معادلات مرتبه ی اول به همراه شرایط مرزی مرتبه ی اول است. مرحله ی دوم، شامل حل معادلات مرتبه ی نودسن، o(kn) به همراه شرایط مرزی مرتبه-ی نودسن است. شرایط مرزی این مرحله از طریق برازش میدان های مرحله ی اول بر روی دیواره ها حاصل می گردد. مرحله ی سوم، شامل حل معادلات مرتبه ی o(kn2) به همراه شرایط مرزی مرتبه ی o(kn2) می باشد. همچنین شرایط مرزی این مرحله از طریق برازش میدان های مرحله ی دوم بر روی دیواره ها حاصل می گردد. به منظور حل مجموعه ی معادلات گسسته سازی شده، یک برنامه ی کامپیوتری سه بخشی تدوین شده است. هر بخش از این برنامه یک مرتبه از معادلات را با استفاده از الگوریتم simple حل می کند.انتقال حرارت جریان تراکم ناپذیر و لغزشی میکروپواسل با استفاده از روش اختلال به صورت عددی حل می گردند. نتایج عددی روش اختلال با نتایج سایر محققین مقایسه می شوند. همچنین نتایج حاصل از روش اختلال با نتایج حاصل از مدل های لغزشی مختلف مقایسه می گردند دیده شد که در اعداد نودسن کوچک مطابقت بسیارخوبی بین نتایج کار حاضر با نتایج دیگران دیده می شود. این امر نشان می دهد که در روش اختلال، با افزایش عدد نودسن به تصحیحات بیشتری نیاز است. لیکن چنین کاری به لحاظ محاسباتی سنگین و پرهزینه می باشد پیشرفت و توسعه در صنعت الکترونیک، تکنولوژی میکروساختارها و همچنین مهندسی پزشکی و هوا فضا، باعث اقزایش تحقیق در زمینه ِی پدیده های جریان و انتقال حرارت در میکرو کانالها شده است. جریان و انتقال حرارت در مقیاس میکرو با آنچه در مقیاس های معمول وجود دارد بسیارمتفاوت است. مطالعات عددی، تجربی و تحلیلی بسیاری بر روی پدیده های جریان و انتقال حرارت در میکروکانال ها انجام شده است. به لحاظ کیفی فهمیده شد که جریان گازی در یک میکروکانال تحت تاثیر ترقیق ، زبری سطح ، تراکم پذیری می باشند. اثرات اصلی ترقیق، لغزش سرعت و پرش دما می باشند.