شبيه سازي سه بعدي و غير همدماي اختلاط در مقياس مزوسكوپيك در ميكروكانال الكترومغناطيس حاوي گاز يونيزه شده

A 3D simulation of Thermal mixing on mesoscopic scale in an electromagnetic microchannel containing ionized gas

هدف از كار حاضر، ارائه يك مدل در روش شبكه بولتزمن براي شبيه سازي سه بعدي جريان غيرهم دما با سيال عامل رقيق گازي است. مدل مطالعاتي يك ميكروكانال با مقطع مربع است كه در دو انتهاي كانال، اختلاف ولتاژ DC و روي دو ديواره جانبي ميكروكانال (روبروي هم) ، ميدان مغناطيسي توسط آهنربا اعمال شده است. الكترودها روي دو ديواره ديگر تعبيه شده و فرض جريان پايدار و سيال تراكم پذير برقرار است و رفتار سيال در محدوده لغزشي (Kn=0. 1) و گذرا (Kn=0. 15) با هم مقايسه شده است. سيال نيوتني و رساناي الكتريكي و مغناطيسي است. در ديواره، سرعت لغزشي و پرش دما لحاظ شده و اثر ضخامت لايه دوگانه الكتريكي و عدد هارتمن مورد بررسي قرار گرفته است. به دليل غيرهم دما بودن فرآيند، معادله انرژي با ميدان سرعت و مغناطيس همزمان حل شده و اثرات نيروهاي برهم كنش لورنتس، الكتريكي و گرمايش الكتريكي به صورت عبارت مجزا در معادله شبكه بولتزمن وارد شده است. نتايج نشان داد كه اثر متقابل ميدان الكتريكي محوري و ميدان مغناطيسي عرضي، منجر به ماهيت سه بعدي جريان و اختلاط در حين پمپاژ مي شود. سرعت لغزشي و پرش دما روي ديواره، نقش مهمي را در شكل گيري گردابه درون جريان سيال ايفا مي كند و توزيع دما در عرض كانال از حالت متقارن خارج مي شود. افت دبي ناشي از افزايش رقت سيال و انحراف فشار از حالت خطي در عرض و طول كانال به دليل تراكم پذيري مشاهده شده است.

The purpose of this work is to provide a model in lattice Boltzmann method for D simulating thermal rarified gas flows. The study model is a microchannel with a square cross section. The magnetic field flux was created by the magnets on two facing walls. The electrodes are embedded on the walls adjacent to that of the magnets and DC voltage is applied at both ends. Compressible fluid behavior is compared in slip (Kn =0.15) and transient (Kn =0.1) regimes. There are assumptions of laminar and steady flow. Newtonian fluid is electrically and magnetically conductive. Slip and temperature jump on the microchannel walls are considered and the effects of electric double layer thickness and changes of Hartmann number are studied. Since the ionic process is non-isothermal, energy equation is coupled with that of the velocity and the magnetic field and the effects of interaction forces of Lorentz, electric and electrothermal have been entered into Boltzmann equations in separate terms. The outcomes show the interaction between an axial electric field and a transverse magnetic field results in three-dimensional nature of the flow. Navier-Maxwell second order slip boundary condition imposed on the electromagnetic channel walls plays an important role in the vortices formation and the temperature distribution across the channel goes out of the symmetric state. Mass flow rate loss along the channel, resulting from the fluid rarefaction, and pressure deviation from linearity, across and along the channel axis because of the compressibility, was observed