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 سیالات نیوتنی و غیرنیوتنی در یک میکروکانال دوبعدی بر اساس ٌ تئوری کاملا سازگار تنش کوپل و محاسبه طول مشخصه مادی این سیالات است. در این مطالعه، ابتدا پروفیل سرعت و دبی حجمی جریان سیالات نیوتنی و غیرنیوتنی قانون توانی در میکروکانال به روش تحلیلی بدست آمده و سپس طول مشخصه مادی سیالات نیوتنی آب و غیرنیوتنی 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 وابسته بودن پارامتر طول مشخصه به جنس سیال است. با محاسبه طول مشخصه مادی، پروفیل سرعت خون حاصل از تئوری تنش کوپل درون میکروکانال محاسبه و با نتایج حاصل از تئوری کالسیک نویر استوکس مقایسه شده است. نتایج نشان داده است با افزایش دبی حجمی جریان، اختلاف مقادیر بدست آمده از تئوری‌های 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 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 present paper aims to investigate the developed flow of Newtonian and non Newtonian fluids in a two-dimensional microchannel based on the completely consistent couple stress theory and the characteristic length of the fluids. First, the velocity and volumetric flow rate profiles of Newtonian and power-law non-Newtonian fluids in the microchannel were obtained via analytical methods. After that, the characteristic material lengths of water as a Newtonian fluid and blood as a non-Newtonian fluid were obtained and then the results were compared with the experimental data of other papers. Comparing the characteristic lengths of water and blood indicated the dependence of characteristic material length scale on the fluid material. Calculating the characteristic length produced the blood velocity profile of the couple stress theory in microchannel which was in turn compared to the results of classical Navier-Stokes theory. According to the results, increasing the volumetric flow rate of the fluid also increases the difference between the results of couple stress theory and classical theory, indicating the increased influence of length on microchannel flow properties. Further, the velocity profile of water in the microchannel was compared with the experimental results, revealing a good consistency between them and the couple stress theory.

کلیدواژه‌ها [English]

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

مراجع

[1]  C. Lissandrello, R. Dubay, K.T. Kotz, J. Fiering, Purification of Lymphocytes by Acoustic Separation in Plastic Microchannels, SLAS Technology, 23(4) (2018) 352-363.
[2]  X. Chen, D. Cui, C. Liu, H. Li, J. Chen, Continuous flow microfluidic device for cell separation, cell lysis and DNA purification, Analytica Chimica Acta, 584(2) (2007) 237-243.
[3]  S. Yang, A. Ündar, J.D. Zahn, A microfluidic device for continuous, real time blood plasma separation, Lab on a Chip, 6(7) (2006) 871-880.
[4]  T.N. Chiesl, W. Shi, A.E. Barron, Poly(acrylamideco-alkylacrylamides) for Electrophoretic DNA Purification in Microchannels, Analytical Chemistry, 77(3) (2005) 772-779.
[5]  D. Sampaio, D. Lopes, V. Semiao, Horse and dog blood flows in PDMS rectangular microchannels: Experimental characterization of the plasma layer under different flow conditions, Experimental Thermal and Fluid Science, 68 (2015) 205-215.
[6]  W. Qu, I. Mudawar, S.-Y. Lee, S.T. Wereley, Experimental and Computational Investigation of Flow Development and Pressure Drop in a Rectangular Micro-channel, Journal of Electronic Packaging, 128(1) (2005) 1-9.
[7]  W.S.J. Uijttewaal, E.-J. Nijhof, R.M. Heethaar, Lateral migration of blood cells and microspheres in twodimensional Poiseuille flow: A laser-Doppler study, Journal of Biomechanics, 27(1) (1994) 35-42.
[8]  W.-T. Wu, F. Yang, J.F. Antaki, N. Aubry, M. Massoudi, Study of blood flow in several benchmark microchannels using a two-fluid approach, International Journal of Engineering Science, 95 (2015) 49-59.
[9]  J. Kim, J.F. Antaki, M. Massoudi, Computational study of blood flow in microchannels, Journal of Computational and Applied Mathematics, 292 (2016) 174-187.
[10]  M. Massoudi, J. Kim, J.F. Antaki, Modeling and numerical simulation of blood flow using the theory of interacting continua, International Journal of NonLinear Mechanics, 47(5) (2012) 506-520.
[11] W. Chang, D. Tzebotich, L.P. Lee, D. Liepmann, Blood flow in simple microchannels, in:  1st Annual International IEEE-EMBS Special Topic Conference on Microtechnologies in Medicine and Biology. Proceedings (Cat. No.00EX451), 2000, pp. 311-315.
[12] M. Kiyasatfar, N. Pourmahmoud, Laminar MHD flow and heat transfer of power-law fluids in square microchannels, International Journal of Thermal Sciences, 99 (2016) 26-35.
[13] A.R. Hadjesfandiari, A. Hajesfandiari, G.F. Dargush, Skew-symmetric couple-stress fluid mechanics, Acta Mechanica, 226 (2015) 871.
[14] F. Karami, A. Ahmadi Nadooshan, Y. Tadi Beni, Development of the Couple Stress Relationships for thePower Law Fluid and the Solution of Flow in CeramicTape Casting Process Journal of Applied Fluid Mechanics, 11(5) (2018) 1239-1246.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 52، شماره 7
مهر 1399
صفحه 1707-1714

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار