توصيفگر ها :
جريان آشفته , ميكروكانال , شبيه سازي گردابه هاي بزرگ , روش عددي
چكيده فارسي :
چكيده
اثر گذاري بر رفتار لايه مرزي با هدف تغيير ساختار آن و تغيير ضريب انتقال حرارت از موضوعات قابل توجه محققين
انتقال حرارت است .روشهايي مانند مكش، دمش، ايجاد زبري و غيره از موضوعات مشابهي هستند كه
در گذشته مورد توجه بوده اند .در اين تحقيق شبيه سازي جربان آشفته در ميكرو كانالهايي شامل سطح با دندانه
مربعي، دندانه مثلثي و سطح صاف مورد مطالعه قرارگرفته است.شبيه سازي براي تمامي هندسه ها در دو حالت
شرط مرزي دما ثابت و شار حرارتي ثابت بر روي ديواره ميكرو كانال و جهت حل عددي ، چهار مدل آشفتگي
ازجمله مدل شبيه سازي گردابه هاي بزرگ(،)LESمدل آشفتگي𝜀 − 𝑘 ،𝜔 − 𝑘،و مدل 𝜔 − 𝑘𝑡𝑠𝑠 انتخاب شده
است.سيال كاري آب در شرايط استاندارد،عدد رينولدز جريان برابر با 8000ميباشد. براي حل معادلات حاكم در
مدلهاي ،RANSاز روش حجم محدود استفادهشده و بهمنظور تركيب معادلات پيوستگي و مومنتوم جهت به
دست آوردن معادلات تصحيح فشار و سرعت، الگوريتم سيمپلر بهكاررفته است. از مدل زير شبكه دينامكي
اسماگورينسكي در مدل LESاستفادهشده و براي مجزا سازي معادلات مومنتوم از روش تفاضل مركزي كراندار
و براي مجزا سازي معادله انرژي از روش آپويند مرتبه دوم استفادهشده است.با بكار بردن دندانه به دليل تشكيل
نقطه سكون، تشكيل جت و ايجادجريان چرخشي در پشت دندانه ها و نفوذ اثر اين پديدهها به درون لايه مرزي،
شكل كلاسيك توزيع سرعت و انتقال ممنتوم و انرژي تحت تأثير قرارگرفته ،كه طبق نتايج به دست آمده نقطه
سكون از عوامل كاهش و در مقابل آن، جت و وجريان چرخشي از عوامل مؤثر بر افزايش ضريب انتقال حرارت
مي باشند. هم چنين ديده ميشود كه اثر تركيبي سه پديده فوق در تحريك ضريب انتقال حرارت نسبت به سطح
صاف ،در ميزان تحريك مؤثر ميباشد.كه در مقايسه نتايج بهدستآمده در هر دو حالت شرايط مرزي ديده ميشود
كه عدد ناسلت و ضريب انتقال حرارت در حالت سطح با دندانه نسبت به سطح صاف افزايش پيدا نموده ومقدار
انتقال حرارت بهبود يافته است و همچنين در آخر به بررسي اجمالي بين مدلهاي عددي پرداخته شده و با توجه
به نوع جريان موجود در هندسه هاي مورد نظر و همچنين با توجه به ماهيت مدل هاي آشفتگي مورد نظر در
ارتباط با جريان ، و همچنين مقايسه اين مدل ها از منظر هزينه و زمان محاسباتي ،مدل اشفتگي مناسب انتخاب
گرديده است.
چكيده انگليسي :
Abstract:
The effect on the boundary-layer behavior with the purpose of changing its structure
and changing heat transfer coefficient is of the significant topics of heat transfer
researchers. Methods such as blowing, suction, roughness and so on are among the
similar topics of interest in the past. The present study has examined the simulation
of turbulent flows in micro-channels with square Teeth, triangular Teeth and smooth
surfaces. Simulation for all geometries has been selected in two states constant
temperature boundary condition and constant thermal flux - on the micro-channel
wall; and for numerical solution, four turbulence models including large-eddy
simulation (LES), turbulence model 𝑘−𝜔, k-ε and 𝑠𝑠𝑡𝑘−𝜔 have been selected. In
water fluid under standard conditions, the Reynolds number of the flow is 8000. The
finite volume method was used to solve the governing equations in RANS models,
and Simpler Algorithm was used to combine continuity and momentum equations
to obtain pressure and velocity correction equations. Smagorinsky Dynamic SubGrid Model was used in LES model, bounded central difference scheme was used
for separation of momentum equations and for separation of energy equation, second
order upwind method was used. By using the Teeth due to the formation of a
Stagnation point, jets, and the creation of a rotating flow behind the Teeth, and the
penetration of the effect of these phenomena into the boundary layer, the classical
shape of the velocity distribution and momentum transfer and energy were affected;
and according to the, results the obtained, Stagnation point is among the reducing
factors and in contrast, jet and rotational flow are factors affecting the increase of
heat transfer coefficient. It is also seen that the combined effects of the above three
phenomena in stimulating the heat transfer coefficient relative to the smooth surface
are effective in stimulation. Comparing the results obtained in both boundary
conditions, it is seen that the Nusselt number and heat transfer coefficient in the
surface with the Teeth are increased relative to the smooth surface, and the amount
of heat transfer is improved. Moreover, at the end, we dealt with an overview of
numerical models, and according to the type of flow in the geometries and also
considering the nature of the turbulence models in relation to the flow, as well as
comparison of these models from the perspective of cost and computational time;
the appropriate turbulence model was selected.
