مطالعه عددی انتقال حرارت جریان سیال غیرنیوتنی در میکروکانال مستطیلی با شرط لغزش

با توجه به پیشرفت صنعت و ضرورت استفاده از سیستم های با حجم کمتر و نرخ انتقال حرارت بیشتر، بررسی انتقال حرارت و خصوصیات جریان سیال در داخل میکروکانال ها مورد توجه خاص قرار گرفته است. امروزه از میکروکانال ها در صنایع و تجهیزات مختلف نظیر خنک کاری قطعات الکترونیکی، مبدل های حرارتی، قطعات و وسایل سرمایش و گرمایش در ابعاد میکرو استفاده زیادی می شود. در فرایندهای صنعتی رفتار جریان همراه با برش، با روابط نیوتنی قابل بیان نیست، چرا که بسیاری از سیال های صنعتی رفتارهای غیرنیوتنی از خود بروز می دهند. علیرغم کاربرد گسترده سیالات توانی، اطلاعات ناچیزی از مشخصه های جریان سیالات توانی و انتقال حرارت آنها در جریان درون میکروکانال ها در اختیار می باشد. همچنین اگر ابعاد کانال (طول مشخصه ماکروسکوپی) با طول آزاد میانگین قابل مقایسه باشد دیگر تعادل ترمودینامیکی در سیال وجود ندارد و اثرات رقیق بودن ظاهر می شود که این مطلب در مطالعه حاضر به تفصیل مورد بررسی قرار گرفته است. در این مطالعه انتقال حرارت جابجایی اجباری جریان تراکم ناپذیر سیال غیرنیوتنی مدل پاورلا در حالت دائم و آرام در میکروکانال مستطیلی بصورت سه بعدی با استفاده از روش عددی شبیه سازی شده است. دیواره های میکروکانال دمای ثابتی دارند. مدل پاورلا بیشترین کاربرد را در توصیف سیالات غیرنیوتنی لزج خالص دارد. این مدل بطور گسترده کاربرد داشته و طیف گسترده ای از سیالات را در بر می گیرد و شامل سیالات نیوتنی نیز می شود و نیز صدق بیشتری بر رفتار سیال در نرخ برش بالا خواهد داشت. بر این اساس در این تحقیق، بررسی مسائل محدود به سیالات لزج خالص مستقل از زمان بدون تنش تسلیم اولیه منطبق بر مدل پاورلا انجام شده است. همچنین شرایط مرزی لغزش سرعت و پرش دمایی بوسیله عدد نادسن که معیاری از میزان لغزشی بودن جریان است، برای بررسی اثرات رقیق بودن لحاظ و به تفصیل مورد بررسی قرار گرفته است. از روش عددی حجم محدود برای تبدیل معادلات دیفرانسیل جزئی به روابط جبری که مقدار متغیرهای وابسته را به گره های شبکه محاسباتی ارتباط می-دهند، استفاده شده است. همچنین برای حل معادلات ناویر استوکس و پیوستگی از روش سیمپل سی برای ارتباط سرعت و فشار بهره گرفته شده است. اثر تغییرات عدد نادسن، شاخص پاورلا، عدد پرانتل و نسبت منظر بر روی مشخصه های جریان از قبیل پروفیل های سرعت، فشار، دما و توزیع ضریب اصطکاک و عدد ناسلت در ناحیه در حال توسعه و همچنین توسعه یافته هیدرودینامیکی و حرارتی به تفصیل مورد بررسی قرار گرفته است.