تحليل عددي و آنتروپي ريزپمپي لزجتي با روتور بيضوي به روش شبكه بولتزمن و بهينه سازي ريزپمپ به روش سطح پاسخ

A numerical and entropy analysis of viscous micropump with an elliptic rotor by LBM and micropump optimization by RSM

در مقاله حاضر يك شبيه سازي عددي به روش شبكه بولتزمن براي تحليل يك ريزپمپ لزجتي با تك روتور بيضوي صورت گرفته است. اثرات سه پارامتر هندسي مهم ريزپمپ شامل نسبت منظري روتور، ارتفاع ريزپمپ و خارج از مركزي روتور بر دبي و توليد آنتروپي متوسط بررسي شده است. با استفاده از روش سطح پاسخ نتايج به دست آمده از شبيه سازي هاي موردنظر تحليل گرديده است. نتايج اين تحليل ها حاكي از آن داشت كه با افزايش نسبت منظري و نيز خارج از مركزي روتور دبي متوسط افزايش در حالي كه با افزايش ارتفاع ريزپمپ دبي متوسط كاهش پيدا مي كند. علاوه بر اين ميزان حساسيت دبي متوسط به تغييرات نسبت منظري و خارج از مركزي بيشتر از تغييرات ارتفاع ريزپمپ مشاهده گرديد. همچنين نتايج نشان دادند كه با افزايش هر سه پارامتر هندسي، توليد آنتروپي متوسط نيز افزايش يافته و به تغييرات هر سه پارامتر نيز حساس بوده است. در انتها پارامترهاي هندسي بهينه توسط روش سطح پاسخ محاسبه شدند كه به ترتيب مقادير بهينه 1، 1.5 و 0.9 براي نسبت منظري، ارتفاع و خارج از مركزي جهت حصول بيشينه دبي متوسط و مقادير 0.2، 1.5 و 0.1 جهت حصول كمينه توليد آنتروپي متوسط مي باشند.

In the present paper, a numerical simulation is performed to analyze a viscous micropump with a single elliptic rotor using LBM method. The effects of three important geometric parameters including aspect ratio of rotor, micropump height and rotor eccentricity are investigated on the averaged flow rate and entropy generation. The results of numerical simulations are analyzed by response surface method (RSM). The results indicate that the averaged flow rate increases by increasing the aspect ratio and rotor eccentricity, while decreases by increasing the micropump height. Moreover, the averaged flow rate sensitivity is more influenced by the aspect ratio and eccentricity variations than the microchannel height variations. The results also show that the averaged entropy generation increases with the increase of all the geometric parameters with almost similar sensitivity. Finally, the optimal geometric parameters are determined by RSM. Based on this optimization, the optimum values of 1, 1.5 and 0.9 for maximizing the flow rate and optimum values of 0.2, 1.5 and 0.1 for minimizing the entropy generation are achieved for aspect ratio, height and eccentricity, respectively.