بررسي عددي اثر تلفات اصطكاكي و زبري سطح بر جريان سيال و انتقال حرارت در ميكروكانال ها با استفاده از بسط اختلالات

Numerical Study of Viscous Dissipation and Roughness Effects on Fluid Flow and Heat Transfer in Microchannels using Perturbation Method

در اين مقاله اثر تلفات اصطكاكي و اثر زبري در ميكروكانال ها در جريان لغزشي برروي انتقال حرارت و جريان سيال در ميكروكانال ها با استفاده از بسط اختلالات معادلات حاكم بر جريان، بررسي شده است. جريان آرام و در حال توسعه هيدورديناميكي و حرارتي، به صورت دوبعدي، تراكمناپذير و پايدار درنظر گرفته شده است. سيال عامل، هوا و بين دو صفحه موازي در جريان است. معادلات به دست آمده از بسط معادلات ناوير استوكسو انرژي برحسب مراتب عدد نودسن به صورت عددي با شرايط مرزي مرتبه دو لغزش سرعت و پرش دما، حل شده اند. اثرات خزش گرمايي درنظر گرفته نشده است. ميدانهاي سرعت و دما براي هر دو حالت شار حرارتي ثابت و دماي ديواره ثابت به دست آمده و بررسي شده است. اثرات ارتفاع زبري، فاصله ميان المانهاي زبري، طول المانهاي زبري، عدد رينولدز و عدد نودسن برروي رفتار لغزشي گاز بررسي شده است. نتايج اثر قابل توجه تلفات اصطكاكي و زبري را برروي جريان سيال و انتقال حرارت در ميكروكانال نشان ميدهد.

In this paper، viscous dissipation and roughness effects on heat transfer and fluid flow are investigated in microchannels using perturbation method in slip flow regime. The flow is considered to be laminar، developing thermally and hydrodynamically، two-dimensional، incompressible and steady-state. The working fluid is air، flowing between two parallel plates. The equations obtained from developing Navier-Stokes and energy equations are solved numerically according to different orders of Knudsen number، with second-order velocity slip and temperature jump boundary conditions. The effects of thermal creep has been ignored. Tempreture and velocity fields are obtained and estimated for both constatnt heat flux and constant wall tempreture. The effects of roughness height، space between roughness elements، roughness elements length، Re number and Kn number on slip behavior of gas flow are investigated.The results indicate considerable effect of viscous dissipation and roughness on fluid flow and heat transfer in microchannel.