پایان نامه تاثیر اتلاف ویسکوز بر تولید انتروپی برای یک سیال تراکم پذیر گازی در کانال میکرو (microchannel) با سطح مقطع مستطیل

word 1 MB 32345 124
1390 کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک
قیمت قبل:۶۰,۷۰۰ تومان
قیمت با تخفیف: ۲۲,۱۰۰ تومان
دانلود فایل
  • بخشی از محتوا
  • وضعیت فهرست و منابع
  • پایان نامه کارشناسی ارشد

    گرایش تبدیل انرژی

    چکیده

     

    در این پروژه به بررسی عددی یک جریان گازی پایا در میکروکانال با سطح مقطع مستطیل می پردازیم. جریان با دمای مشخص وارد کانال با دیواره با دمای ثابت می شود. معادلات مومنتم و انرژی گسسته سازی شده و بصورت عددی حل می شود. گسسته سازی به روش FVM انجام شده است و از تقریب به روش TVD و تابع ون آلبادا استفاده شده است. شرط های مرزی لغزش سرعت و پرش دما بر روی دیواره اعمال شده است. تاثیر اتلاف ویسکوز و همچنین عدد نادسن بر انتقال حرارت در کانال و در حضور شرایط مرزی ذکر شده بررسی شده است. همچنین تولید انتروپی در کانال به تفصیل مورد بررسی قرار گرفته است. مشاهده شده است که افزایش عدد برینکمن باعث افزایش تولید انتروپی و افزایش عدد نادسن باعث کاهش تولید انتروپی در کانال می شود.

    فصل اول

    نیاز به گذر گاه باریک

     

     

    1-1 نیازمندی به گذرگاه های باریکتر برای عبور جریان

     

    جریان سیال داخل کانال ها در بسیاری از سیستم های طبیعی و سیستم های ساخته شده توسط بشر دیده می شود. انتقال جرم و حرارت توسط دیواره کانال در سیستم های بیولوژیکی مانند مغز، ریه، کلیه، روده و غیره همچون بسیاری از سیستم های ساخته شده توسط بشر مانند مبدل های حرارتی، راکتورهای هسته ای، واحدهای تقطیر، واحدهای جداسازی هوا و نظیر آنها انجام می شود. به طور کلی فرایندهای انتقال توسط دیواره کانال ها انجام می شود، مادامی که که جریان در درون کانال در حال عبور است.

    کانال دو وظیفه اساسی دارد که باید در طول عملکرد خود به انجام برساند:

    1. سیال را به برخورد موثر با دیواره های کانال وادار نماید.

    2. به منظور اینکه فرایند انتقال به خوبی انجام پذیرد کانال باید همواره سیال جدید را به سمت دیواره فرستاده و سیالی را که در نزدیک دیواره است و وظیفه فرایند انتقال خود را انجام داده از دیدار دور نماید تا سیال جدید در مجاورت دیواره جایگزین آن شود.

    نرخ فرآیند انتقال به مساحت سطح تماس با سیال بستگی دارد که این خود برای کانال با سطح مقطع دایره ای به قطر کانال،  بستگی داشته همچنان که نرخ جریان به مساحت سطح مقطع کانال بستگی دارد، که سطح مقطع نیز به طور خطی با  متناسب است. بنابراین نسبت مساحت سطح داخلی کانال به حجم با قطر کانال نسبت عکس خواهد داشت، پر واضح است که با کاهش قطر نسبت مساحت سطح داخلی کانال به حجم افزایش خواهد داشت.

    در بدن انسان دو فرایند بسیار موثر انتقال حرارت و جرم در ریه و کلیه اتفاق می افتد، جایی که قطر کانال ها یا به عبارتی دیگر مجراهای باریک چیزی در حدود چهار میکرومتر می باشد.

    گستره ای از میکرو کانال ها با ابعاد مختلف با ذکر نوع سیستمی که میکرو کانال در آنها به کار رفته است 

      

    هرچه ابعاد کانال کوچکتر می شود بعضی از تئوری هایی که برای توصیف وضعیت سیال، انرژی و انتقال جرم استفاده می شد نیازمند بررسی بیشتر جهت حصول اطمینان از اعتبار آن ها می باشد. دو عامل اساسی جهت دور شدن از تئوری های معمولی جهت توصیف مقیاس میکرو وجود دارد، به عنوان مثال تفاوت ها در مدل کردن جریان سیال داخل کانال های با قطر کوچک می تواند به دلایل زیر بوجود آید:

    1. تغییر در فرایندهای اساسی مانند انحراف از فرضیه محیط پیوسته برای جریان گاز، یا اثر گذاری مضاعف بعضی از نیروها مانند نیروهای الکتروسینتیکی و مانند آن.

    2. عدم قطعیت در کاربرد عوامل اساسی که به روش های آزمایشگاهی در مسائل با مقیاس بالاتر به دست آمده است مانند ضرایب افت، ورودی و خروجی، جریان سیال داخل لوله ها.

    3- عدم قطعیت در اندازه گیری های مقیاس میکرو مانند ابعاد هندسی و پارامترهای مسئله.

     

    1-2 دسته بندی کانال ها

     

    دسته بندی کانال ها براساس قطر هیدرولیکی آنها به عنوان یک راه حل ساده و در عین حال کارا جهت بررسی رنج های مختلف مورد نظر می باشد. کاهش ابعاد کانال در فرایندهای مختلف، اثرات مختلفی داشته و ارائه یک شرط خاص منطبق بر متغیرهای فرایند ممکن است در نگاه اول گزینه ای بسیار نامناسب به نظر برسد، اما چنانچه تعداد فرایندها و متغیرهای حاکم بر انتقال از ابعاد معمولی به پدیده های مقیاس میکرو را در نظر بگیریم همان روش ساده دسته بندی کانال ها براساس ابعادشان را یک روش مناسب می بینیم که در کارهای علمی انجام شده در این زمینه نیز کاملا پذیرفته شده است.

    Abstract

     

    This paper presents a numerical investigation on steady gaseous flow in rectangular microchannel. Fluid flow with known temperature enters microchannel with constant wall temperature. Momentum and energy equation are discretized by FVM using TVD method and Van Albama function. The effect of viscous dissipation and Knudsen number on heat transfer in presence of velocity slip and temperature jump boundary conditions is presented. Entropy generation is also investigated thoroughly. it can be seen that increasing brinkman number reduces the entropy generation and increasing the Knudsen number causes the entropy generation to decrease

     

  • فهرست:

     

    فصل اول. 5

    نیاز به گذر گاه باریک.. 5

    1-1 نیازمندی به گذرگاه های باریکتر برای عبور جریان. 6

    1-2 دسته بندی کانال ها 8

    1-3 فرضیات اولیه در انتقال حرارت و افت فشاردر میکرو کانال ها 9

    فصل دوم. 14

    جریان سیال در میکرو کانال. 14

    2-1 پیشگفتار 15

    2-2 قطر هیدرولیکی.. 16

    2-3 طول توسعه یافتگی جریان. 17

    2-4 حالت های انتقال حرارت.. 18

    2-5 فرضیه پیوستگی.. 19

    2-6 اصول ترمودینامیک.. 21

    2-7 قوانین کلی.. 22

    2-8 قوانین خاص... 23

    2-9 ساختار جریان. 24

    2-10 طول ورودی حرارتی.. 25

    فصل سوم. 27

    تشریح و حل پروژه 27

    3-1پیش گفتار 28

    3-2 گسسته سازی معادلات مومنتم. 30

    3-3 گسسته سازی معادله پیوستگی.. 37

    3-4 شرایط مرزی.. 39

    3-4-1 اعمال شرط مرزی slip : 40

    3-4-2 شرط های مرزی برای .. 42

    3-4-3 شرط های مرزی برای . 43

    3-4-4 شرط های مرزی برای .. 44

    3-5 اعمال شرط های مرزی در معادلات مومنتم. 45

    3-6 گسسته سازی معادله انرژی.. 46

    3-6-1 نحوه اعمال شرط مرزی پرش دما بر روی دیواره ها 60

    3-6-2 شرایط مرزی برای دما 61

    3-7 الگوریتم حل. 63

    3-7-1مراحل SIMPLER. 63

    3-8 شکل کلی حل معادلات  به روش TDMA. 66

    فصل چهارم. 68

    نتایج و پیشنهادات.. 68

    4-1 بررسی صحت حل عددی: 69

    4-2 نتایج و توضیحات: 69

    4-3 پیشنهادات.. 80

    ضمائم. 81

    اعمال شرط های مرزی در معادلات مومنتم .. 82

    اعمال شرط های مرزی در معادلات مومنتم . 89

    اعمال شرط های مرزی در معادلات مومنتم .. 98

    اعمال شرط های مرزی در معادلات .. 105

    اعمال شرایط مرزی بر ضرایب معادله انرژی.. 111

    منابع. 120

     

    منبع:

    [1] S. G. Kanlikar, M. E. Steinke, Examples of Microchannel Mass Transfer Processes in Biological Systems, Proceeding of 1st International Conference on Minichannels and Microchannels, Rochester, NY, April 24-25, Paper ICMM2003-1124. ASME, pp.  933-943

    [2] S. G. Kanlikar, V. J. Grande, Evolution of Microchannel Flow passages – Thermohydraulic Performance and Fabrication Technology, Heat Transfer Technology, Heat Transfer Eng. 24(1), 3-17, 2003.

    [3] A. Beskok, G. E. Karniadakis, A Model for Flows in Channels Pipes and Ducts at Micro and Nano Scale, Microscale Therm. Eng., 3(1), 43-77, 1999.

    [4] E. M. White, Viscous Fluid Flow, Second Edition, eds. J. P. Holman and J. R. Lloyd, McGraw-Hill, New York, 1991.

    [5] K. Stephan, Heat Transfer in Condensation and Boiling, Springer- Verlag, Berlin, 1992.

    [6] S. A. Schaaf, P. L. Chambre, Flow of Rarefied Gases, Princeton University Press, Princeton, NJ. 1961.

    [7] M. S. Bhatti, R. K. Shah, Turbulent and Transition Flow Convective Heat Transfer in Ducts, Handbook of Single Phase Convective  Heat Transfer, John Wiley & Sons, New York, 1987

     [8] S.B. Choi, R.F. Barron, R.O. Warrington, Fluid flow and heat transfer in microtubes, Micromechan. Sensors, Actuators, Syst., ASME DSC 32 (1991) 123-134

    [9] J.C. Harley, Y. Huang, H.H. Bau, J.N. Zemel, Gas flow in microchannels, J. Fluid Mech 284 (1995) 257-274

    [10] G.E. Karniadakis, A. Beskok, Micro Flows Fundamentals and Simulation, Springer-Verlag, New York, 2002, pp. 45-53.

    [11] R.F. Barron, X. Wang, T.A. Ameel, R.O. Warrington, The Graetz problem extended to slip-flow, Int. J. Heat Mass Transfer 40 (8) (1997) 1817-1823.

    [12] T.A. Ameel, R.F. Barron, X. Wang, R.O. Warrington, Laminar forced convection in a circular tube with constant heat flux and slip flow, Microscale Termophys. Eng. 1 (4) (1997) 303-320.

    [13] G. Tunc, Y. Bayazitoglu, Heat transfer in microtubes with viscous dissipation, Int. J. Heat Mass Transfer 44 (2001) 2395-2403.

    [14] H.E. Jeong, J.T. Jeong, Extended Graetz problem including streamwise conduction and viscous dissipation in microchannels, Int. J. Heat Mass Transfer 49 (2006) 2151-2157.

    [15] B. Cetin, A. Yazicioglu, S. Kakac, Fluid flow in microtubes with axial conduction including rarefaction and viscous dissipation, Int. Comm. Heat Mass Transfer 35 (2008) 535-544.

    [16] B. Cetin, A. Yazicioglu, S. Kakac, Slip-flow heat transfer in microtubes with axial conduction and viscous dissipation – An extended Graetz problem, Int. J. Thermal Science 48 (2009) 1673-1678.

     [17] M. Smoluchowski, Ueber Warmeleitung in Verdunnten Gasen, Annalen der Physik und Chemie 64 (1898) 101-130.

    [18] J. C. Maxwell, On Stresses in Rarefied Gases Arising from inequalities of Temperature, Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 170 (1879), 231-256.

     [19] Latife, B. E; Mehmet, S. E.; Birsen, S.; Yalcum, M. M. Entropy generation during fluid flow between two parallel plates with moving bottom plate. Entropy 2003, 5, 506-518.

    [20] Mahmud, S. and Fraser, R. A. The second law analysis in fundamental convective heat transfer problems. Int. J. of Thermal Sciences 2002, 42 (2), 177-186.

    [21] Nag, P.K. and Kumar, N. Second law optimization of convective heat transfer through a duct with constant heat flux. Int. J. Energy Research 1989 , 13 (5), 537-543.

    [22] Narusawa, U. The second law analysis of mixed convection in rectangular ducts. Heat and Mass Transfer 2001 , 37, 197-203.

    [23] S. Mahmud, R.A. Fraser, Second law analysis of heat transfer and fluid flow inside a cylindrical annular space, Exergy, An International Journal 2 (2002) 322–329.

    [24] M. Renksizbulut, H. Niazmand, G. Tercan, Slip-flow and heat transfer in rectangular microchannels with constant wall temperature, International Journal of Thermal Sciences 45 (2006) 870–881.

    [25] J. van Rij, T. Ameel, T. Harman, The effect of viscous dissipation and rarefaction on rectangular microchannel convective heat transfer, International Journal of Thermal Sciences 48 (2009) 271–281.

    [26] R.K. Shah, A.L. London, Laminar Flow Forced Convection in Ducts, Academic Press, New York, 1978.

    [27] H.P. Kavehpour, M. Faghri, Y. Asako, Effects of compressibility and rarefaction on gaseous flows in microchannels, Numerical Heat Transfer, Part A: Applications 32 (1997) 677–696.

    [28] C. Hong, Y. Asako, S.E. Turner, M. Faghri, Friction factor correlations for gas flow in slip flow regime, Journal of Fluids Engineering 129 (2007) 1268–1276.

    [29] J.W. Ou, K.C. Cheng, Effects of flow work and viscous dissipation on Graetz problem for gas flows in parallel-plate channels, Heat and Mass Transfer 6 (1973) 191–198.

    [30] H. K. Versteeg, W. Malalasekera, An Introduction to Computational Fluid Dynamics, Second Edition, Pearson Education Limited, 2007.

    [31] S. V. Patankar, Numerical Heat Transfer and Fluid Flow, McGRAW-HILL, 1980.


موضوع پایان نامه تاثیر اتلاف ویسکوز بر تولید انتروپی برای یک سیال تراکم پذیر گازی در کانال میکرو (microchannel) با سطح مقطع مستطیل, نمونه پایان نامه تاثیر اتلاف ویسکوز بر تولید انتروپی برای یک سیال تراکم پذیر گازی در کانال میکرو (microchannel) با سطح مقطع مستطیل, جستجوی پایان نامه تاثیر اتلاف ویسکوز بر تولید انتروپی برای یک سیال تراکم پذیر گازی در کانال میکرو (microchannel) با سطح مقطع مستطیل, فایل Word پایان نامه تاثیر اتلاف ویسکوز بر تولید انتروپی برای یک سیال تراکم پذیر گازی در کانال میکرو (microchannel) با سطح مقطع مستطیل, دانلود پایان نامه تاثیر اتلاف ویسکوز بر تولید انتروپی برای یک سیال تراکم پذیر گازی در کانال میکرو (microchannel) با سطح مقطع مستطیل, فایل PDF پایان نامه تاثیر اتلاف ویسکوز بر تولید انتروپی برای یک سیال تراکم پذیر گازی در کانال میکرو (microchannel) با سطح مقطع مستطیل, تحقیق در مورد پایان نامه تاثیر اتلاف ویسکوز بر تولید انتروپی برای یک سیال تراکم پذیر گازی در کانال میکرو (microchannel) با سطح مقطع مستطیل, مقاله در مورد پایان نامه تاثیر اتلاف ویسکوز بر تولید انتروپی برای یک سیال تراکم پذیر گازی در کانال میکرو (microchannel) با سطح مقطع مستطیل, پروژه در مورد پایان نامه تاثیر اتلاف ویسکوز بر تولید انتروپی برای یک سیال تراکم پذیر گازی در کانال میکرو (microchannel) با سطح مقطع مستطیل, پروپوزال در مورد پایان نامه تاثیر اتلاف ویسکوز بر تولید انتروپی برای یک سیال تراکم پذیر گازی در کانال میکرو (microchannel) با سطح مقطع مستطیل, تز دکترا در مورد پایان نامه تاثیر اتلاف ویسکوز بر تولید انتروپی برای یک سیال تراکم پذیر گازی در کانال میکرو (microchannel) با سطح مقطع مستطیل, تحقیقات دانشجویی درباره پایان نامه تاثیر اتلاف ویسکوز بر تولید انتروپی برای یک سیال تراکم پذیر گازی در کانال میکرو (microchannel) با سطح مقطع مستطیل, مقالات دانشجویی درباره پایان نامه تاثیر اتلاف ویسکوز بر تولید انتروپی برای یک سیال تراکم پذیر گازی در کانال میکرو (microchannel) با سطح مقطع مستطیل, پروژه درباره پایان نامه تاثیر اتلاف ویسکوز بر تولید انتروپی برای یک سیال تراکم پذیر گازی در کانال میکرو (microchannel) با سطح مقطع مستطیل, گزارش سمینار در مورد پایان نامه تاثیر اتلاف ویسکوز بر تولید انتروپی برای یک سیال تراکم پذیر گازی در کانال میکرو (microchannel) با سطح مقطع مستطیل, پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه تاثیر اتلاف ویسکوز بر تولید انتروپی برای یک سیال تراکم پذیر گازی در کانال میکرو (microchannel) با سطح مقطع مستطیل, تحقیق دانش آموزی در مورد پایان نامه تاثیر اتلاف ویسکوز بر تولید انتروپی برای یک سیال تراکم پذیر گازی در کانال میکرو (microchannel) با سطح مقطع مستطیل, مقاله دانش آموزی در مورد پایان نامه تاثیر اتلاف ویسکوز بر تولید انتروپی برای یک سیال تراکم پذیر گازی در کانال میکرو (microchannel) با سطح مقطع مستطیل, رساله دکترا در مورد پایان نامه تاثیر اتلاف ویسکوز بر تولید انتروپی برای یک سیال تراکم پذیر گازی در کانال میکرو (microchannel) با سطح مقطع مستطیل

پایان نامه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی مکانیک (تبدیل انرژی) چکیده بررسی عددی تأثیر میکروساختارها بر انتقال حرارت و اختلاط مایعات در میکروکانال ها نیاز به انتقال حرارت بالا از بسته های الکترونیکی و سیستمهای نوری و غیره چالشی در زمینه مدیریت گرمایی ایجاد کرده است. چاه حرارتی میکروکانالی در این زمینه به عنوان یک فاکتور کلیدی در بالا بردن توان پراکنده سازی گرمایی سیستم ها در ابعاد ...

چکیده: تحقیقات در زمینه انتقال حرارت سوسپانسیون‌ های با ذرات جامد در ابعاد نانومتر درون سیال پایه در دهه اخیر آغاز شده است. تحقیقات اخیر در زمینه نانوسیالات، نشان داده است که افزودن نانوذرات باعث افزایش چشمگیری در انتقال حرارت سوسپانسیون می‌شود. از راه‌های مرسوم دیگر جهت بهبود عملکرد حرارتی دستگاه‌ها، استفاده از کانال‌ها با ابعاد میلی و میکرو است. با توجه به گستردگی و اهمیت ...

پایان‌نامه برای اخذ درجه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی مکانیک (تبدیل انرژی) چکیده در پایان‌نامه حاضر به بررسی انتقال جرم و حرارت نانوسیال آب-اکسید آلومنیوم در محیطی متخلخل دو بعدی و تحت میدان مغناطیسی و در مجاورت دیوار عمودی پرداخته شده است. دیوار مرزی می‌تواند نفوذپذیر و یا نفوذناپذیر باشد. غلظت و دمای سطح دیوار ثابت است و در مجاورت محیطی با دما و غلظت قرار دارد. میدان مغناطیسی ...

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد چکیده دست‌یابی به نرخ‌های بالاتر انتقال حرارت با استفاده از تکنیک‌های مختلف که می‌تواند منتج به ذخیره میزان قابل توجه انرژی شده و همچنین منجر به تولید دستگاه‌های فشرده‌تر و ارزانتر همراه با بازدهی حرارتی بیشتر شود مورد توجه محققین قرار گرفته‌است. تولید گردابه یکی از بهترین روش‌هایی است که برای افزایش انتقال حرارت به‌کارگرفته‌ می‌شود. در ...

فصل اول 1-1-مقدمه: سیالات رایج نظیر آب، روغن ها و اتیلن گلیکول که معمولاً به عنوان واسط انتقال حرارت مورد استفاده قرار می گیرند، توانایی محدودی از لحاظ خواص حرارتی دارند که اولین مانع برای فشرده کردن و بالا بردن راندمان مبدلهای حرارتی می باشد .یکی از روش های بهبود انتقال حرارت افزودن ذرات به سیال است .این روش در مورد سیالاتی که از ذرات با اندازه میلیمتر یا میکرومتر استفاده می ...

جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی مکانیک گرایش تبدیل انرژی چکیده: در پایان­نامه حاضر به بررسی انتقال جرم و حرارت به روش انتگرالی در جریان جابجایی طبیعی سیال با پرانتل خیلی کم در مجاورت دیواره مایل موجی شکل و تحت میدان مغناطیسی پرداخته شده است. دیواره نفوذپذیر بوده و در نتیجه می­توان سیال را به درون دیواره مکش یا از درون آن دمش نمود. میدان مغناطیسی عمود بر دیواره و به سمت ...

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد M.Sc مهندسی مکانیک – گرایش تبدیل انرژی چکیده: در این تحقیق، جریان مغشوش یک نانوسیال غیرنیوتنی در یک میکروکانال با مقطع دایره­ای شبیه­سازی شده است. ابتدا انواع طبقه‌بندی میکروکانال­ها، روش­های ساخت میکروکانال­ها و همچنین مزایا و چالش­های استفاده از میکروکانال­ها بیان شده است. در ادامه مدل‌های مختلف در توصیف رفتار سیالات غیرنیوتنی و سپس ...

پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی مکانیک – گرایش تبدیل انرژی چکیده: در این تحقیق، جریان مغشوش یک نانوسیال غیرنیوتنی در یک میکروکانال با مقطع دایره­ای شبیه­سازی شده است. ابتدا انواع طبقه‌بندی میکروکانال­ها، روش­های ساخت میکروکانال­ها و همچنین مزایا و چالش­های استفاده از میکروکانال­ها بیان شده است. در ادامه مدل‌های مختلف در توصیف رفتار سیالات غیرنیوتنی و سپس مفهوم ...

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی برق گرایش قدرت چکیده اضافه ولتاژها یکی از مهمترین عوامل مخرب و تهدید کننده عایق تجهیزات شبکه قدرت بوده و اغلب باعث ایجاد وقفه در سرویس دهی و کاهش کیفیت توان و قابلیت اطمینان سیستم می شوند.ا ضافه ولتاژهای گذرا ناشی از صاعقه در سیستم قدرت خیلی رایج تر و خطرناک تر بوده و از اهمیت بیشتری در هماهنگی عایقی سیستم برخوردار می ...

پایان نامه تحصیلی برای دریافت درجه کارشناسی ارشد رشته مهندسی شیمی گرایش پیشرفته چکیده محدودیت سیالات انتقال حرارت در صنایع مختلف به دلیل ضریب هدایت حرارتی ضعیف آنها باعث شده است که بهبود انتقال حرارت سیالات عامل به عنوان روش جدید انتقال حرارت پیشرفته مد نظر قرار گیرد. بطوری که ایده پراکنده سازی ذرات جامد در سیالات که با ذرات میلی و میکرومتری آغاز شده بود، با استفاده از نانو ذرات ...

ثبت سفارش