بررسی جریان سیال توانی درون یک میکروکانال دوبعدی براساس تئوری تنش کوپل- محاسبه طول مشخصه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

2 دانشگاه شهرکرد*دانشکده فنی ومهندسی

3 دانشگاه شهرکرد

چکیده

هدف از این مقاله بررسی جریان توسعه یافته سیال نیوتنی و سیال غیرنیوتنی در یک میکروکانال دوبعدی بر اساس تئوری کاملاٌ سازگار تنش کوپل و محاسبه طول مشخصه مادی این سیالات است. در این مطالعه، ابتدا پروفیل سرعت و دبی حجمی جریان سیال نیوتنی و سیال غیرنیوتنی قانون توانی در میکروکانال به روش تحلیلی بدست آمده است و سپس طول مشخصه مادی سیال نیوتنی آّب و سیال غیرنیوتنی قانون توانی خون با استفاده از روابط بدست آمده و داده‌های آزمایشگاهی سایر مقالات محاسبه شده است. مقایسه میان مقادیر طول مشخصه مادی آب و خون نشانگر این است که پارامتر طول مشخصه به جنس سیال وابسته است. با محاسبه طول مشخصه مادی، پروفیل سرعت خون حاصل از تئوری تنش کوپل درون میکروکانال محاسبه و با نتایج حاصل از تئوری کلاسیک نویر استوکس مقایسه شده است. نتایج نشان داده است با افزایش دبی حجمی جریان، اختلاف مقادیر بدست آمده از تئوری های تنش کوپل و کلاسیک افزایش می‌یابد. این افزایش اختلاف به معنی افزایش تأثیر پارامتر طول بر خصوصیات جریان درون میکروکانال است. همچنین پروفیل سرعت آب درون میکروکانال با نتایج آزمایشگاهی مشابه مقایسه شده است و تطابق خوبی میان نتایج بدست آمده از تئوری تنش کوپل و نتایج آزمایشگاهی دیده می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of power-law fluid flow through a two-dimensional microchannel based on a couple stress theory- calculation of characteristic length

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Karami 1
  • Afshin Ahmadi Nodoushan 2
  • Yaghoob Tadi Bani 3
1 PHD student, Shahrekord University
2 Mechanical Engineering Department, Shahrekord University, Shahrekord
3 Shahrekord University
چکیده [English]

The aim of this paper is the investigation of fully developed flow of Newtonian and non-Newtonian fluids in two-dimensional microchannel based on a completely consistent couple stress theory and the calculation of the length scale parameters of these fluids. Therefore, the analytical solutions of the velocity and flow rate are obtained for Newtonian and power law non-Newtonian fluids. Afterward, the characteristic material length of Newtonian water and non-Newtonian blood fluids are calculated using the obtained relations and experimental data. Comparing characteristic material length for water and blood can perceive that the characteristic length scale depends on the fluid type. The blood velocity profile is calculated based on the couple stress theory using the obtained length scale and compared with the results of classical Navier Stokes theory. These results show the difference between the obtained values of the couple stress and classical theories increases by increasing the flow rate. This increase in the difference means decreasing of precision of classical theory for investigating flow through a microchannel. Comparing the calculated and experimental velocity profiles for water shows a good agreement between theoretical and experimental results.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Couple stress
  • Power-law fluid
  • Characteristic material length
  • Volumetric flow rate
  • Microchannel