پیوندهای مفید
آمار
| تعداد نشریات | 8 |
| تعداد شماره‌ها | 430 |
| تعداد مقالات | 5,597 |
| تعداد مشاهده مقاله | 7,095,473 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 6,042,078 |
شبیه‌سازی سه‌بعدی جریان گاز هلیم در چاه‌گرمایی‌آلومینیومی با میکروکانال‌های مستطیلی در رژیم جریان لغزشی | ||
| نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر | ||
| مقاله 13، دوره 52، شماره 2، اردیبهشت 1399، صفحه 477-492 اصل مقاله (1.7 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22060/mej.2018.13345.5604 | ||
| نویسندگان | ||
| احمدرضا رحمتی* 1؛ مجتبی سپهرنیا2 | ||
| 1دانشگاه کاشان*مکانیک | ||
| 2دانشگاه شهاب دانش | ||
| چکیده | ||
| در کار حاضر، برای اولین بار، جریان گاز هلیم در یک چاه گرمایی آلومینیومی با میکروکانال‌های مستطیلی شکل، با لحاظ کردن انتقال حرارت توأمان در بخش سیال و جامد و در نظر گرفتن شرط مرزی سرعت لغزشی و پرش دمایی، مورد بررسی عددی قرار گرفته است. در این پژوهش جریان گاز در محدوده عدد نادسن بین0/006 و 0/048 و با اعمال شار حرارتی 500 وات بر مترمربع به کف چاه درنظر گرفته شده است. معادلات حاکم بر جریان با استفاده از طرح بالا دست مرتبه دوم گسسته‌سازی شده و به کمک الگوریتم کاپلد در نرمافزار تجاری انسیس-فلوئنت حل شده‌اند. نتایج نشان می‌دهد با افزایش نسبت فشار ورودی به خروجی عدد نادسن ورودی و محلی کاهش می‌یابد. همچنین با افزایش عدد نادسن ورودی عدد پوازی محلی کاهش می‌یابد. اضافه براین، با افزایش عدد نادسن ورودی )کاهش نسبت فشار( عدد ناسلت متوسط ابتدا کاهش و سپس افزایش می‌یابد؛ در این خصوص با افزایش عدد نادسن از 0/006 به 0/024عدد ناسلت متوسط 54/40 %کاهش و با افزایش عدد نادسن از 0/024 به 0/048 عدد ناسلت متوسط 5/42 %افزایش می‌یابد. با افزایش عدد نادسن مقاومت حرارتی پیوسته افزایش می‌یابد به طوری‌که با افزایش عدد نادسن از 0/006 به 0/048 مقاومت حرارتی 966/34 %افزایش می‌یابد. همچنین با افزایش عدد نادسن ورودی، اثرات لغزش جریان افزوده شده و ضرایب لغزش و پرش دما افزایش می‌یابد. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| گاز هلیم؛ چاه‌گرمایی؛ میکروکانال؛ عدد ناسلت؛ عدد نادسن:جریان لغزشی | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Three-Dimensional Simulation of Helium Gas Flow in an Aluminum Heat Sink with Rectangular Microchannel in Slip Flow Regime | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Ahmad Reza Rahmati1؛ Mojtaba Sepehrnia2 | ||
| 1ِDepartment of mechanical Eng, Univ. of Kashan | ||
| 2Department of Mechanical Engineering, Shahabdanesh University, Qom, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| In the present work, for the first time, gas flow with considering slip velocity and temperature jump boundary condition is studied in a heat sink consisting of rectangular fins and microchannels with calculating conjugated heat transfer. In this paper, helium gas flow with Knudsen number between 0.048 to 0.06 has been studied. Heat flux applied to the bottom of the aluminum heat sink is 500W/m2. The governing equation for fluid flow has been discretized using second-order upwind method and solved with using the Coupled algorithm in Ansys-Fluent commercial software. Results show that inlet and local Knudsen numbers decrease with increasing pressure ratio and also local Poiseuille number decreases with increasing inlet Knudsen number. Also, with increasing inlet Knudsen number (reduction of pressure ratio), first the average Nusselt number decreases and then increases. In this case, the average Nusselt number decreases about 54.4% with increasing Knudsen number from 0.006 to 0.024 and the average Nusselt number increases with increasing Knudsen number from 0.024 to 0.048. With increasing Knudsen number, thermal resistance increases continuously. The results show that with increasing inlet Knudsen number, slip and temperature jump coefficients increase. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Heat sink, Microchannel, Nusselt number, Knudsen number, Slip flow | ||
| مراجع | ||
|
[1] S. Kandlikar, S. Garimella, D. Li, S. Colin, M.R. King, Heat transfer and fluid flow in minichannels and microchannels, elsevier, 2005. [2] X. Zhu, Q. Liao, Heat transfer for laminar slip flow in a microchannel of arbitrary cross section with complex thermal boundary conditions, Applied Thermal Engineering, 26(11-12) (2006) 1246-1256. [3] K. Hooman, Entropy generation for microscale forced convection: effects of different thermal boundary conditions, velocity slip, temperature jump, viscous dissipation, and duct geometry, International Communications in Heat and Mass Transfer, 34(8) (2007) 945-957. [4] H.M. Hettiarachchi, M. Golubovic, W.M. Worek, W. Minkowycz, Three-dimensional laminar slip-flow and heat transfer in a rectangular microchannel with constant wall temperature, International Journal of Heat and Mass Transfer, 51(21) (2008) 5088-5096. [5] M. Shojaeian, S.A.R. Dibaji, Three-dimensional numerical simulation of the slip flow through triangular microchannels, International Communications in Heat and Mass Transfer, 37(3) (2010) 324-329. [6] E.M. Languri, K. Hooman, Slip flow forced convection in a microchannel with semi-circular cross-section, International Communications in Heat and Mass Transfer, 38(2) (2011) 139-143. [7] M. Barkhordari, S.G. Etemad, Numerical study of slip flow heat transfer of non-Newtonian fluids in circular microchannels, International Journal of Heat and Fluid Flow, 28(5) (2007) 1027-1033. [8] M. Shojaeian, A. Koşar, Convective heat transfer and entropy generation analysis on Newtonian and non- Newtonian fluid flows between parallel-plates under slip boundary conditions, International Journal of Heat and Mass Transfer, 70 (2014) 664-673. [9] A. Karimipour, New correlation for Nusselt number of nanofluid with Ag/Al2O3/Cu nanoparticles in a microchannel considering slip velocity and temperature jump by using lattice Boltzmann method, International Journal of Thermal Sciences, 91 (2015) 146-156. [10] A. Xu, K. Ooti, N. Wong, W. Choi, Experimental investigation of flow friction for liquid flow in microchannels, International Communications in Heat and Mass Transfer, 27(8) (2000) 1165-1176. [11] W. Qu, I. Mudawar, Experimental and numerical study of pressure drop and heat transfer in a single- phase micro-channel heat sink, International Journal of Heat and Mass Transfer, 45(12) (2002) 2549-2565. [12] S. Reynaud, F. Debray, J.-P. Franc, T. Maitre, Hydrodynamics and heat transfer in two-dimensional minichannels, International journal of heat and mass transfer, 48(15) (2005) 3197-3211. [13] T.-M. Jeng, S.-C. Tzeng, Pressure drop and heat transfer of square pin-fin arrays in in-line and staggered arrangements, International Journal of Heat and Mass Transfer, 50(11) (2007) 2364-2375. [14] T. John, B. Mathew, H. Hegab, Characteristic Study on the Optimization of Pin-Fin Micro Heat Sink, in: Proceedings of the ASME 2009 International Mechanical Engineering Congress & Exposition IMECE2009-11816, 2009, pp. 1-8. [15] R. Chein, J. Chen, Numerical study of the inlet/ outlet arrangement effect on microchannel heat sink performance, International Journal of Thermal Sciences, 48(8) (2009) 1627-1638. [16] B.A. Jasperson, Y. Jeon, K.T. Turner, F.E. Pfefferkorn, W. Qu, Comparison of micro-pin-fin and microchannel heat sinks considering thermal-hydraulic performance and manufacturability, IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies, 33(1) (2010) 148-160. [17] M.K. Moharana, G. Agarwal, S. Khandekar, Axial conduction in single-phase simultaneously developing flow in a rectangular mini-channel array, International Journal of Thermal Sciences, 50(6) (2011) 1001-1012. [18] A.J. Shkarah, M.Y.B. Sulaiman, M.R.B.H. Ayob, H. Togun, A 3D numerical study of heat transfer in a single-phase micro-channel heat sink using graphene, aluminum and silicon as substrates, International Communications in Heat and Mass Transfer, 48 (2013) 108-115. [19] M. Sepehrnia. Three Dimensional Numerical Investigation Of Nanofluid Flow And Heat Transfer In Trapezoidal Micro Channels With Different Inlet/ Outlet Arrangements. MSc. Thesis. University of Kashan, 2015 (in Persian). [20] H. Khorasanizadeh, M. Sepehrnia, Effects of different inlet/outlet arrangements on performance of a trapezoidal porous microchannel heat sink, Modares Mechanical Engineering, 16(8) (2016) 269-280 (in Persian). [21] H. Khorasanizadeh, M. Sepehrnia, R. Sadeghi, Three dimensional investigations of inlet/outlet arrangements and nanofluid utilization effects on a triangular microchannel heat sink performance, Modares Mechanical Engineering, 16(12) (2017) 27-38 (in Persian). [22] H. Khorasanizadeh, M. Sepehrnia, R. Sadeghi, "Investigation of nanofluid flow field and conjugate heat transfer in a MCHS with four different arrangements", Amirkabir Journal of Mechanical Engineering, 51(2) (2019) 113-116 (in Persian). [23] M. Sepehrnia. Three Dimensional Numerical Investigation Of Nanofluid Flow And Heat Transfer In Trapezoidal Micro Channels With Different Inlet/ Outlet Arrangements. MSc. Thesis. University of Kashan, 2015 (in Persian). [24] T.L. Bergman, F.P. Incropera, Fundamentals of heat and mass transfer, John Wiley & Sons, 2011. [25] R.J. Phillips, Microchannel Heat Sinks, Lincoln Laboratory Journal, 1(1) (1988). | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 971 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 887 |
||