بخشی از مقاله
چکیده
هدف این مقاله مطالعه تأثیر وجود دندانه، بر روی پارامترهای جریان یکی از مسائل بسیار اساسی در صنعت الکترونیک، مدیریت حرارتی و انتقال حرارت آرام نانوسیال آب-اکسید آلومینیم با کسر ابزارهای الکترونیکی، به خصوص عدم وجود محدودیتهای دمای کار حجمیهای مختلف نانوذره در یک میکروکانال مستطیلی سهبعدی ماکزیمم، و تضمین توزیع یکنواخت دما بر روی ابزارها است. است. به این منظور، انتقال حرارت جابهجایی اجباری نانوسیال آب- این فاکتورها بهطور مستقیم، عملکرد، هزینه، و قابلیت اطمینان اکسید آلومینیم را در یک میکروکانال دندانهدار به صورت عددی ابزارهای الکترونیکی را تحت تأثیر قرار میدهند.[1] یک بازبینی روی
مورد مطالعه قرار میدهیم. نتایج این شبیهسازی برای میکروکانال مقالات اخیر، تقاضای روزافزون را برای کاهش حجم و وزن ابزارهای سهبعدی دندانهدار، نسبت به میکروکانال سهبعدی بدون دندانه با الکترونیکی و افزایش توان آنها، مشخص میکند. امروزه محدودیت هندسه و شرایط مرزی حرارتی و سیالاتی یکسان سنجیده میشود. اصلی برای تولید ابزارهای الکترونیک، نبود یک تکنیک کارا برای کم شبیه سازی عددی برای کسر حجمیهای مختلف نانوذره برای اعداد کردن حرارت از این ابزارها است. یک پیشرفت جدی در دو دهه اخیر رینولدز 10 و 100 انجام میشود. سیال سرد ورودی به میکروکانال، برای ساخت ابزارهای میکرو با ساختارهای میکرونی، و فشردهسازی
به علت اعمال شار ثابت به سطح خارجی دیواره های میکروکانال، زیاد ابزارهای الکترونیکی صورت پذیرفته است. اجزای گرم شده و از آن خارج میشود. با توجه به نتایج، سیال در مقاطعی میکروالکترونیک آینده، برای مصرف بالاتر از 1000 - W/m2 - طراحی که داری دندانهی است نسبت به سطوح بدون دندانه انتقال حرارت شدهاند. این شارهای حرارت بالا، نمیتوانند بهسادگی با استفاده از بالاتری با دیواره گرم دارد. در مقطع خروجی میکروکانال با افزایش روشهای خنکسازی حاضر منتقل شوند. در سالهای اخیر،
عدد رینولدز، تعداد دندانه، و افزایش کسر حجمی نانو ذرات افزایش تلاشهایی برای تولید ابزارهای خنکسازی، مشابه اجزای فشرده دمای بیشتری در سیال رخ میدهد. در بررسی عدد ناسلت و ضریب شده الکترونیک انجام شده است .[1] چندین راهحل خنکسازی اصطکاک، مشاهده میشود که با افزایش کسر حجمی نانوذرات، ممکن، شامل جریان دوفازی، جوشش هستهای، چاههای حرارتی خواص انتقال حرارت نانوسیال به علت افزایش لزجت در مقایسه با میکرو کانال 1، استفاده از نانوسیالات و برخورد گازها با سرعت بالا، سیال پایه مورد استفاده در خنک کاری، انتقال حرارت و ضریب اخراًی توسط نویسندگان مختلف مورد بررسی قرار گرفتهاند. از بین اصطکاک بالاتری دارد. روشهای خنکسازی، چاه حرارتی میکروکانال ثابت کرده است که، یک روش خنکسازی با عملکرد بالا میباشد .[2] پیشرفت قابل توجه باشند. به دلیل مزایای تجاری و کاربردها ی عملی بحث حاضر مطالعات زیادی توسط محققین در این زمینه انجام گرفته است.
گاناسگاران و همکاران [3] تأثیر پارامترهای هندسی و انتقال حرارت جریان سیال آب را در یک میکروکانال بررسی نمودند. از نتایج بهدستآمده مشاهده شد که بهترین توزیع یکنواخت ضریب انتقال حرارت و دما میتواند در کانالهایی با کمترین قطر هیدرولیکی به دست آید.
چن و دینگ [4] عملکرد انتقال حرارت میکروکانال ها را با نانوسیال آب-اکسید آلومینیم در کسر حجمیهای مختلف نانوذره، بررسی کردند و به این نتیجه رسیدند که مقاومت گرمایی و توزیع دما در میکروکانالها، در پاسخ به تأثیر نیروی اینرسی، بهطور قابل ملاحظهای تغییر میکند.
محمد و همکاران [5] نیز به بررسی عددی انتقال حرارت در یک میکروکانال مبادلهگر گرمایی مستطیلی پرداختند. نتایج آنها نشان داد که زمانی که افزایش افت فشار به آهستگی انجام گیرد، نانوسیالات، خواص گرمایی و عملکرد مبادلهگرهای گرمایی را افزایش میدهند. همچنین این نویسندگان در کار دیگری[6] اثرات استفاده از نانوسیالات بر روی پارامترهای انتقال حرارت و جریان سیال را در چاه حرارتی مستطیلی شکل، برای اعداد رینولدز 100 تا 1000، با استفاده از نانوسیال آب-اکسید آلومینیم با درصد حجم یهای 1 تا %5 بهصورت عددی بررسی کردهاند. آنها دریافتند که، وقتی درصد حجمی نانوذرات افزایش مییابد، ضریب انتقال حرارت و تنش برشی افزوده میشوند، و استفاده از نانوسیالات منجر به یک افت فشار اندک در طول میکروکانال میشود.
مانکا و همکاران [7] به تجزیهوتحلیل عددی بر روی جریان جابجایی هوا در کانالهای مربعی، مستطیل، سهگوش و ذوزنقهای پرداختند و به این نتیجه رسیدند که، در رژیم مغشوش جریان سیال با افزایش عدد ناسلت، ضریب اصطکاک افزایش مییابد.
پاک و چو [8] با تحقیقات تجربی خود بهمنظور بررسی اثرات اصطکاک در جریان مغشوش و رفتارهای انتقال حرارتی نانوسیال تشکیل شده توسط ذرات Tio2 و AL2O3 در یک لوله مدور به این نتیجه رسیدند که، افزایش غلظت نانوذره باعث افزایش عدد ناسلت میشود.
مایگا و همکاران [9] مزایای استفاده از نانوسیال را مورد بررسی قراردادند، و مشخص شد که استفاده از نانوذرات باعث اثرات شدید تنش برشی بر روی دیواره است. ایزدی و همکاران [10] جریان جابجایی اجباری در حالت توسعهیافته آرام در بین دو دایره متحدالمرکز را مورد بررسی قرار دادند، و به این نتیجه رسیدند که کسر حجمی نانو ذرات تأثیر مهمی در پروفیلهای دمایی دارد و تأثیر چندانی بر روی پارامتر سرعت ندارد.
- a - دو دندانه مستطیل شکل در وسط طول میکروکانال، در دیواره زیرین و فوقانی، بهصورت متقابل ایجاد شده است. حالت - b - مانند حالت - a - است، با این تفاوت که در این حالت تنها یک دندانه مستطیلی شکل وجود دارد و ارتفاع این دندانه نصف حالت - a - است. بهمنظور ایجاد حالت جریان توسعهیافته هیدرودینامیکی، میکروکانال در ناحیه ورودی و خروجی با توجه به ابعاد نشان داده شده در شکل دارای طول ورودی است، این طول در ورودی و خروجی میکروکانال از چهار طرف عایق است. به ناحیه مرکزی میکروکانال از چهار طرف شار حرارتی یکنواخت معادل q//=25000 - W/m2 - اعمال میشود.
شکل :1 شماتیک دوبعدی و سهبعدی میکروکانال صاف بررسی شده
شکل - 1 - میکروکانال بررسی شده در این تحقیق ازنظر شرایط مرزی حرارتی و نواحی طول ورودی و خروجی در دو بعد نمایش میدهد. طول میکروکانالl=2.5mm و ارتفاع آنh= m است.
بیان مسئله
تجزیه وتحلیل انجام شده بر روی یک میکروکانال سهبعدی مستطیلی شکل است. که در دو حالت مجزای a و b بررسی میشود. در حالت در این بررسی جریان سهبعدی، تراکم ناپذیر، نیوتون ی، آرام و تک فازی و خواص نانو سیال با دما ثابت فرض میشود . سیال در نواحی ورودی میکروکانال با سرعت یکنواخت وارد شده و شکل نانوذرات بهطور یکنواخت و کروی شکل فرض میشود.
شکل :2 حالتهای بررسی - 1شده - ی - a - و - b - در این تحقیق طولهای l1= l3 = m و پهنای میکروکانال w= m است. طول l2 = m است. حالتهای بررسی شده a و b ازنظر شرایط مرزی در دیوارهها و ابعاد کلی مانند شکل - 1 - هستند. تنها - 3 - تمایز حالات a و b، با کانال صاف در قرارگیری دندانهها در ناحیه l2 در دیوارههای بالایی و پایینی میکروکانال به شکل زیر است. - 4 -
شکل :3 بررسی موقعیت دندانهها در ناحیه l2 برای حالتهای a و b
فرمولبندی معادلات بی بعد حاکم شامل معادلات پیوستگی، ممنتوم و انرژی است که برای حالت دائم و آرام در مختصات کارتزین حل میشوند.[12] دمای سیال ورودی به میکروکانال Tc=293K است . جری ان در حالت آرام برای اعداد رینولدز 10 و 100 بررسی میشود. سیال عامل آب و پودر اکسید آلومینیم - Al2O3 - با کسر حجمی است. خواص ترموفیزیکی سیال پایه و نانوذرات پودر آلومینیم در جدول - 1 - ارائه شده است.
جدول -1 خواص ترموفیزیکی سیال پایه و نانوذره جامد.[11]
در معادلات بالا از پارامترهای بیبعد زیر استفاده میشود .[12]
از رابطه زیر جهت محاسبه چگالی نانوسیال استفاده میشود [13]،
ضریب پخش حرارتی مؤثر نانوسیال با فرمول زیر محاسبه میشود
