شبیه سازی انتقال حرارت جابجایی توام جریان سیال در ماکرو و میکرو کانالها با استفاده از روش شبکه بولتزمن
چکیده
در رساله ی حاضر جریان و انتقال حرارت جابجایی توام در ماکرو و میکروکانال به کمک روش شبکه بولتزمن به صورت عددی، دو بعدی و در دو بخش اصلی، شبیه سازی می گردد: نخست یک محفظه شیبدار در ابعاد ماکرو با وجوه کناری عایق و یک درپوش متحرک در بالای آن در نظر گرفته می شود؛ در حالیکه دیواره های بالا و پایین در حالات مختلف ائم از دما ثابت و یا شار ثابت مفروض بوده و در هر حالت به ازای عدد رینولدز مفروض، اثر گرانش و زاویه شیب محفظه به ازای اعداد ریچاردسون و پرانتل مختلف در جابجایی توام سیال داخل آن مورد بررسی قرار می گیرد. سپس در قسمت دوم یک میکروکانال با دیوار های داغ در نظر گرفته می شود که جریان هوای سرد وارد آن شده و پس از خنک سازی دیوارها از انتهای آن خارج می گردد. جریان سیال به ازای اعداد نودسن مختلف مورد بررسی قرار خواهد گرفت. به ازای عدد رینولدز و دمای ورودی مشخص، جابجایی توام سیال جاری در میکروکانال مورد بررسی قرار گرفته و در انتها سعی در ارائه یک مقدار حدی برای عدد نودسن، در جهت اثر گذاری نیروی وزن، خواهد شد. نتایج حاصل در قالب پروفیل های دما و سرعت نشان داده شده و خطوط تابع جریان و خطوط همدما نیز ارائه می گردند. نیروی شناوری ناشی از گرانش، در شیب های مختلف محفظه، مولفه های سرعت جریان سیال را تحت تاثیر قرار خواهد داد. در این شرایط معادلات مورد استفاده جهت محاسبه خواص ماکروسکوپیک، تحت تاثیر گرانش و زاویه شیب محفظه، نیاز به اصلاحاتی جزیی خواهند داشت که رساله ی حاضر به آن نیز پرداخته است. مدل سازی شرط مرزی شار ثابت روی دیوار متحرک، اعمال اثر گرانش و زاویه شیب روی شرط مرزی هیدرودینامیکی در روش شبکه بولتزمن نیز، در پژوهش حاضر انجام شده است. ارائه رابطه ای جهت محاسبه عدد نوسلت محفظه به ازای پارامترهای مختلف جریان سیال، مشاهده سرعت لغزشی منفی (برای نخستین بار) و بیان اثر گذاری نیروی وزن بر جریان سیال به ازای اعداد نودسن کوچکتر از 0.05، از دیگر دستاوردهای رساله ی حاضر می باشد.