بررسي عددي جريان و اختلاط دمايي سيال در ميكروكانال خميده ي چرخان با مقطع مستطيلي

Numerical Investigation of Fluid Flow and Thermal Mixing in a Rotating Curved Micro-Channel with Rectangular Cross Section

در اين تحقيق، جريان سيال و اختلاط دمايي آن در يك ميكروكانال خميده چرخان به­ صورت عددي مطالعه شده است. معادلات پيوستگي، ممنتوم و انرژي با روش اختلاف محدود پروجكشن و با استفاده از برنامه كامپيوتري كه به زبان فرترن نوشته شده، حل شده­اند. شرايط عدم لغزش و ديواره آدياباتيك براي تمامي ديواره­ هاي كانال اعمال شده­اند و اعتبارسنجي نتايج عددي با مقايسه فاكتور اصطكاك با نتايج كارهاي پيشين براي جريان در ميكروكانال ­هاي ساكن انجام گرفته است. اثر پارامترهاي جريان از قبيل عدد دين و عدد رزبي بر الگوي جريان مورد بررسي قرار گرفته و نشان مي­دهد كه اين پارامترها مي­توانند با ايجاد تغيير در الگوي جريان، فاكتور اصطكاك و شاخص اختلاط را تحت تأثير قرار دهند. علاوه بر اين تأثير نسبت ظاهري مقطع ميكروكانال بر الگوي جريان، فاكتور اصطكاك و شاخص اختلاط مورد بررسي قرار گرفته و نشان مي­دهد كه تغيير در نسبت ظاهري مي­تواند فاكتور اصطكاك و شاخص اختلاط را تحت تأثير قرار دهد. نتايج نشان مي­دهند كه براي اعداد دين پائين و بالا نسبت­هاي ظاهري بهينه مشخصي وجود دارد. بررسي تغييرات شاخص اختلاط در طول كانال نشان مي­دهد كه با افزايش طول، شاخص اختلاط بهبود مي‌يابد.

In this study, fluid flow and thermal mixing in a rotating curved rectangular micro-channel have been investigated numerically. The continuity, momentum and energy equations have been solved by finite difference projection method using a program written in FORTRAN programming language. No-slip and adiabatic boundary conditions have been applied for channel walls and the numerical results have been validated by comparison of friction factor with previous results for stationary micro-channels in literature. The effect of flow parameters such as De and Ro numbers on the flow pattern has been studied and shows that these parameters can change the friction factor and mixing index by altering the flow pattern. Furthermore, the effect of aspect ratio of micro-channel cross section on the flow pattern, friction factor and mixing index has been studied and shows that the aspect ratio can affect the friction factor and mixing index. The results show that, there are distinguished optimal aspect ratios for low and high De numbers. Studying the variation of mixing index in the channel demonstrated the improvement of mixing index by increasing the channel length.