بررسي عددي تاثير قطر و ضخامت ديواره ميكرو كانال بر دما و سرعت گاز ورودي تحت تاثير خزش حرارتي

Effect of Micro-Channel Wall Thickness and Diameter on Inlet Gas Temperature and Velocity under the Influence of Thermal Creeping

با توسعه ابعاد ريز در سيستم هاي مكانيكي، علاقه بشر به تاثير اين مقياس كوچك بر روي جريان و انتقال حرارت در ميكروكانال ها معطوف شده است. در سنسورهاي تشخيص گاز براي هدايت جريان گاز، نياز به كانال مي باشد. با پيشرفت علم، مطالعات بر روي كوچك كردن ابعاد اين نوع كانال ها باعث بوجود آمدن ميكرو سنسورها شده است. ميكرو سنسورهاي اكسيد فلز براي تشخيص گازهايي از قبيل O3, SO2, CO2, NO, NH3, CH4 و غيره بكار مي روند. اين ميكرو سنسورها داراي اندازه كوچكتر، ارزان تر و توان كمتر مي باشند. هدف از اين مقاله بررسي عددي تاثير قطر و ضخامت ديواره بر روي دما و سرعت گاز ورودي تحت تاثير خزش حرارتي مي باشد. معادلات ديفرانسيلي غير خطي حاكم بر مسئله بقاي جرم، مومنتوم، انرژي و گونه ها مي باشد كه توسط كد تجاري حل شده اند. كانال به صورت دو بعدي فرض شده است. و از آنجاييكه عدد نادسن بين 0.01 و 0.1 مي باشد، شرايط مرزي لغزش و معادلات ماكسول استفاده شده است. نتايج نشان مي دهد كه با افزايش ضخامت ديواره دماي گاز ورودي افزايش و سرعت گاز كاهش مي يابد؛ همچنين با افزايش قطر كانال، دماي گاز ورودي كاهش و سرعت گاز افزايش مي يابد.

With the development of micro-mechanical systems, researchers have become interested in concentrating on the small-scale impact on the flow and heat transfer in micro-channels. A micro-channel is required for a gas sensor to guide the gas flow. Reducing the size of channel has led scientists to concentrate on micro-sensor. Metal oxide gas micro- sensors are used to detect gases such as O3, SO2, CO2, NO, NH3, CH4, etc. Metal oxide gas micro-sensors are small in size, cheaper to fabricate and consume little power. The purpose of the current study is to numerically investigate the micro-channel wall thickness and diameter on gas inlet temperature under the influence of thermal creeping. The governing nonlinear differential equations, mass, momentum, energy, and species, are coupled and solved by a commercial code. The channel is assumed to be two dimensional. Since the Knudsen number is between 0.01 and 0.1, the slip boundary condition, Maxwell equation, is utilized. The result shows that as wall thickness increases the gas inlet temperature increases and temperature difference between gas inlet and outlet decreases. On the other hand, as channel diameter decreases the gas inlet temperature increases.