تحلیل عددی مرز تمایز زبری سطح و موانع دیواری در جریان آرام فشار- محرک درون ریزمجراهای ناصاف

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی مکانیک-تبدیل انرژی، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

چکیده

در مقاله حاضر، یک جریان آرام فشار- محرک درون ریزمجرایی متشکل از دو صفحه موازی تخت با دیواره‌های ناصاف شبیه‌سازی شده است. ناصافی‌های دیواره‌ها دارای پروفیل سینوسی به ارتفاع نسبی 15/00≤h/H≤ می‌باشد. هدف اصلی مقاله، تعیین مرز تمایز زبری سطح و موانع دیواری است. معادلات حاکم جریان با استفاده از روش عددی حجم محدود در یک شبکه غیریکنواخت با تعامد حداکثر خطوط شبکه در مجاورت مرزهای ناصاف و در دستگاه مختصات عمومی دو بعدی حل شده‌اند. در اولین گام، ناصافی‌های سطح یک دیواره، به دو دسته "زبری سطح" و "موانع دیواری" تقسیم‌بندی شده است. سپس مرز تمایز زبری سطح از موانع دیواری با به‌کارگیری دو معیار کیفی و کمی تعیین شده است. بر اساس معیار کیفی، هنگامی که ناصافی‌های سطح از نوع زبری سطح است، توزیع فشار در خط مرکزی همانند ریزمجرای کاملاً صاف، خطی است. اما هنگامی که ناصافی‌های سطح از نوع موانع دیواری است، توزیع فشار در خط مرکزی نوسانی است. در معیار کمی، متوسط نیروهای قائم و برشی در مجاورت سطح ناصاف محاسبه و برای مقادیر مختلف ناصافی نسبی با هم مقایسه می‌شوند. بر اساس نتایج، در جریان آرام درون ریزمجراهای تخت ناصاف، اولاً مزر تمایز زبری سطح و موانع دیواری برابر مقدار 042/0 می‌باشد که مستقل از ∆p است. دوماً زبری سطح بر دینامیک جریان مؤثر است و موجب افزایش ضریب اصطکاک و کاهش دبی جریان می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical analysis of differentiation boundary of surface roughness and wall blocks in laminar pressure-driven flow within the rugged microchannels

نویسندگان [English]

  • Mohammad Mahdi Fakhari
  • Seyed Ali Mirbozorgi
Department of Mechanical Engineering (Energy Conversion), Faculty of Engineering, University of Birjand, Birjand, Iran.
چکیده [English]

In the present study, a laminar pressure-driven flow within a microchannel consisting of two parallel flat plates with rugged walls has been simulated. Walls ruggednesses have sinusoidal profiles with relative heights of 0≤h/H≤0.15. The main purpose is the determination of differentiation boundary of surface roughness and wall blocks. The flow governing equations in a system of two-dimensional general coordinates are solved using finite-volume numerical method in a non-uniform grid with maximum orthogonality of grid lines adjacent to rugged boundaries. In the first step, the surface ruggednesses of wall are divided into two categories: “surface roughness” and “wall blocks”. Then, the differentiation boundary of surface roughness from wall blocks is determined by applying two qualitative and quantitative criteria. According to the qualitative criterion, when the surface ruggedness is surface roughness, the pressure distribution at the centerline remains as linear as a perfectly smooth microchannel. But when the surface ruggednesses are wall blocks, however, the pressure distribution at the centerline is oscillating. Also, on the quantitative criterion, the average shear and normal forces just adjacent to the rugged surfaces are calculated and compared for different relative ruggednesses. According to the results, in the laminar flow within the rugged planar microchannels, firstly, ├ h/H┤|_cr is 0.042 which is independent of Δp. Secondly, the surface roughness affect the flow dynamics and increase the friction factor and decrease the flow.

کلیدواژه‌ها [English]

  • laminar pressure-driven flow
  • microchannel between two parallel plates
  • wall surface ruggedness
  • Surface roughness
  • wall blocks