تحليل عددي جريان و انتقال حرارت در آرايه‌ي ميكروجت‌هاي برخوردي

Numerical analysis of fluid flow and heat transfer in an array of impinging microjets

با توسعه‌ي تكنولوژي‌هاي ساخت ميكرو ماشين‌ها و تجهيزات در ابعاد ميكرومتر امكان ساخت وسايل بسياري در اين ابعاد فراهم گرديده است. مساله‌ي خنك‌كاري و انتقال حرارت در تراشه‌هاي الكترونيكي در اين ابعاد از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. در اين مقاله به شبيه‌سازي عددي آرايه‌اي از ميكروجت‌هاي برخوردي به منظور ارزيابي عملكرد ترموهيدروليكي آنها پرداخته شده است. كد متن باز اوپن‌فوم در شبيه‌سازي مورد استفاده قرار گرفته است. پارامترهاي بي‌بعد عدد ناسلت ميانگين و سكون و ضريب اصطكاك در دو آرايش خطي و قطري از جت‌هاي تزريق و برداشت در محدوده‌ي اعداد رينولدز 5 الي 500 استخراج گرديده است. نتايج حاكي از آن است كه تفاوت دو آرايش در اعداد رينولدز كمتر از 100 ناچيز بوده در حالي كه در محدوده‌ي اعداد رينولدز بيش از 100 آرايش قطري برتري مشخصي در نرخ انتقال حرارت نشان مي‌دهد. ضريب اصطكاك در هر دو آرايش در محدوده‌ي مورد بررسي تقريبا مشابه بدست آمده است. براي درك تفاوت عملكرد حرارتي دو آرايش ساختار جريان نيز مورد بررسي قرار گرفته است.

Arrays of impinging micro jets is novel method of heat removed in micro devices. In this work, thermohydraulic performance of such array is investigated numerically using the open source CFD code OpenFOAM. The average and stagnation Nusselt number and friction coefficient for the two linear and diagonal configurations of injection and collecting jets have been investigated within arange of Reynolds number for 5 to 500. The results show that for Reynolds numbers less than 100, both configurations have the same performance, while for higher Reynolds numbers, the diagonal configuration exhibits a 7.7 percent increase in the heat transfer rate. However, the friction coefficient of both configurations is nearly equal within the mentioned Reynolds number range. In order to investigate the differences in the thermal performances of the two configurations, the flow structure has also been studied. The streamlines show the formation of vortices which agitate the fluid and enhance the heat transfer.