بررسي عددي جريان نوساني درون يك ميكرووالو تسلا

Numerical investigation of oscillatory fluid flow through a tesla microvalve

در پژوهش حاضر به بررسي عددي عملكرد ميكرو والو تسلا در شرايط جريان سه‌بعدي و غيردائم پرداخته مي‌شود. از متوسط زماني پارامتر يكسوكنندگي به‌عنوان معيار اصلي براي ارزيابي عملكرد والو استفاده مي‌شود. با انجام شبيه‌سازي‌ها و به‌دست آوردن ميدان‌هاي سرعت و فشار درون ميكرو شير، تغييرات پارامترهاي عملكردي ميكرو شير تسلا شامل افت فشار و پارامتر يكسوكنندگي در محدوده فركانس‌هاي مختلف تحت اعمال تحريك سينوسي مورد بررسي قرار مي گيرد. بررسي‌ها نشان داد كه شبيه سازي سه‌بعدي پايا با در نظر گرفتن افت فشار بعد سوم، در تمام محدوده اعداد رينولدز مورد بررسي مقدار پارامتر يكسوكنندگي كمتري را نسبت به شبيه‌سازي دوبعدي پايا به نمايش مي‌گذارد. اثرات گذرا بر عملكرد ميكرو والو در حالت سه بعدي نيز بررسي شد و مشاهده شد كه افت فشار كل در پاسخ حالت غيردائم ميكرو والودر هر دو جهت رفت و برگشت از پاسخ حالت دائم آن بيشتر مي‌باشد. اين نتيجه مهم با نتايج ساير محققين در اين زمينه كه شبيه‌سازي خود را به صورت دو بعدي انجام داده بودند، هم‌خواني كيفي داشت. بررسي اثر فركانس اعمالي بر عملكرد ميكرو والو تسلا در اعداد رينولدز مختلف، بخش ديگري از پژوهش حاضر بود. نتايج نشان داد كه كه عملكرد ميكرو والو تسلا در فركانس‌هاي پايين‌تر از 100 هرتز مستقل از فركانس اعمالي بوده در حالي كه در فركانس‌هاي بالاتر از 100 هرتز عملكرد آن با افزايش فركانس بهبود مي‌بايد. در تمامي فركانس‌ها با افزايش عدد رينولدز، عملكرد ميكرو والو بهبود مي‌يابد و مقدار يكسوكنندگي آن افزايش مي‌يابد.

In the present research, the performance of a Tesla microvalve has been studied under the unsteady three dimensional flow. The time averaged of diodicity is the main criteria for the evaluation of the performance of the valve. By simulation and obtaining the velocity and pressure fields within microvalve, changes in operating parameters of valve including total pressure drop and diodicity parameter in the range of various frequencies studied under sinusoidal excitation. The results showed that the amount of diodicity in steady three dimensional with consideration of third dimension is lower with respect to steady two dimensional flow at entire of studied range of Reynolds numbers. Transient effects on microvalve performance in three dimensional is also studied. It is observed that total pressure drop of unsteady case is greater than steady case at both of forward and backward directions. This important result is in a qualitative agreement with simulation results of other researchers which are obtained by two dimensional simulations. Investigation of effect of applied frequency on Tesla microvalve performance at different Reynolds number is another part of this study. The results showed that at the frequencies lower than 100Hz, the performance of the Tesla microvalve is independent of the frequency, however at higher frequencies greater than 100HZ, its performance is improved by increasing the frequency. Microvalve performance is improved and diodicity is increased by increasing of Reynolds number at all frequencies.