بخشی از مقاله
چکیده
جریان جوشش به دو دلیل در خنک کاری از جریان مایع تکفازی بهتر می باشد: ضریب انتقال حرارت بالا در طی جریان جوشش -قابلیت عبور حرارت بالا˓ برای یک نرخ جریان جرمی خاص در کانالهای کلاسیک زبری موجود روی سطح کانال در مقایسه با قطر کانال اندازه قابل ملاحظه ای نداشت. یکی از روش های بررسی اثر زبری روی میکرو کانالها ایجاد زبری های مصنوعی روی سطح میکرو کانالها با اشکال مختلف بود. آزمایشاتی در این زمینه انجام گرفت و روابط جدید هم پیشنهاد شد. همچنین شبیه سازی کامپیوتری هم برای آن انجام گرفت البته اکثر آزمایشها برای جریان های تکفاری در میکرو کانال بود.
بحث جوشش جریان - جریان دو فازی - در میکرو کانالها از مباحث جدید و نو می باشد. آزمایشهایی در این زمینه انجام گرفته است ولی بررسی اثر زبری روی جوشش جریان تا کنون مورد کنکاش اساسی قرار نگرفته است. این تحقیق به منظور مطالعه عددی اثر زبری بر روی جریان دوفازی در میکرو کانال، مینی کانالها، مقایسه آن با نتایج آزمایشگاهی مربوطه و همچنین میزان تاثیر این اثر در میزان افت فشار در آنها انجام می گیرد.
مطالعه عددی بر روی جریان جوشش نیتروژن در میکروکانالهای در محدوده 500 میکرون تا 2 میلیمتر با زبری نسبی سطح در محدوده 0,0003 تا 0,005 بررسی می گردد. میزان ضریب انتقال حرارت با تغییرات کیفیت بین 0 تا 1و تغییرات شار جرمی در محدوده 400 تا 3000 kg/m2.s در نظر گرفته و نتایج عددی با نتایج آزمایشگاهی مقایسه می شوددر نهایت نتایج زیر بدست آمد:
.1 هرچقدر زبری نسبی بیشتر باشد ضریب انتقال حرارت نیز بیشتر خواهدشد.
.2 با افزایش قطر کانال در زبری ثابت، ابتدا ضریب انتقال حرارت افزایش و سپس کاهش می یابد.
.3 هر چقدر کیفیت جرمی ورودی بیشتر باشد، ضریب انتقال حرارت کاهش می یابد.
-1 مقدمه
جریان جوشش در مینی کانالها در اوپراتورهای فشرده˓ اهمیت زیادی دارند. در اوپراتورهای سیستم تهویه اتومبیل از مسیرهای کوچک با مبدلهایی با پره صفحه ای استفاده می کنند. بیشتر˓ کانالهای با قطر های کوچک تر از 1 میلی متر در کاربردهای کندانسورهای فشرده مورد استفاده قرار می گرفت . برای پیشرفت در اوپراتورها نیازمند این هستیم که مشکلات عملی مربوط به جریان جوشش در کانالهای کوچک غلبه کنیم. کاربرد دیگری که در تحقیقات جریان جوشش به طور فعالی در حال پیگیری است˓ دور کردن حرارت از ابزارهای که شار حرارتی بالایی دارند مانند چیپ های کامپیوتر˓ دیود های لیزری˓ ابزارهای الکترونیک و دیگر اجزای آنها مربوط می باشد
سیستمهای جوشش˓ قابلیت سیال برای حمل مقدار بیشتری انرژی حرارتی از طریق حرارت نهان تبخیر می باشد. برای آب˓ گرمای نهان 2257 به نسبت حرارت مخصوص 4/2 در دمای 100 درجه سانتی گراد خیلی بالاتر است. اگرچه گرمای نهان خیلی از مبردها در حدود300-150 در دمای 30 تا 50 درجه سانتی گراد می باشد با این وجود هنوز در مقایسه با قابلیت خنک کاری تک فازی از آب بهتر می باشند.
بزرگترین مزیت این است که مبردی مناسب برای فراهم کردن دماهای تبخیر - در دمای زیر 50 درجه سانتی گراد - بدون نیاز به ایجاد خلا فراهم شود در کانالهای کلاسیک زبری موجود روی سطح کانال در مقایسه با قطر کانال اندازه قابل ملاحظه ای نداشت. لذا در آزمایش های انجام شده روی میکرو کانالها مشخص گردید، روابط حاکم برای انتقال حرارت برای میکرو کانالها با روابط کلاسیک متفاوت می باشند. لذا مطالعات زیادی در این زمینه صورت گرفت تا روابط جدیدی برای میکرو کانالها بدست بیاید.
یکی از روش های بررسی اثر زبری روی میکرو کانالها ایجاد زبری های مصنوعی روی سطح میکرو کانالها با اشکال مختلف بود. آزمایشاتی در این زمینه انجام گرفت و روابط جدید هم پیشنهاد شد . همچنین شبیه سازی کامپیوتری هم برای آن انجام گرفت البته اکثر آزمایشها برای جریان های تکفاری در میکرو کانال بود. بحث جوشش جریان - جریان دو فازی - در میکرو کانالها از مباحث جدید و نو می باشد. آزمایشهایی در این زمینه انجام گرفته است ولی بررسی اثر زبری روی جوشش جریان تا کنون مورد کنکاش اساسی قرار نگرفته است.
-2 روش تحقیق
پژوهش حاضر بررسی عددی با نرم افزار فلوئنت برای تاثیرات زبری سطح بر روی انتقال حرارت می باشد.
شبیه سازی به روش اولری دو فازی انجام می گیرد که از نظر دقت در بین روشهای دیگر در نرم افزار فلوئنت بیشتر است. در نهایت نتایج حاصله نشان دهنده این خواهد بود که آیا زبری سطح تاثیراتی در انتقال حرارت خواهند داشت یا خیر؟
-3 یافته ها
-1-3 جریان دو فازی
بسیاری از جریان سیالات در تکنولوژی و طبیعت مخلوطی از فازها می باشند. فازهای فیزیکی ماده به سه حالت گاز، مایع و جامد هستند، اما مفهوم فاز در یک سیستم جریان چندفازی، با معانی وسیع تری بکار می رود. در جریانهای چند فازی، یک فاز تحت عنوان "طبقه شناسایی ماده" که پاسخ داخلی مخصوص و تراکنشی داخلی با جریان و میدان پتانسیل که در آن قرار دارد تعریف می شود. برای مثال ذرات جامد با اندازه های مختلف از یک ماده را می توان به عنوان فازهای مختلف تعریف کرد، زیرا هر مجموعه ذرات با اندازه های یکسان یک پاسخ دینامیکی مشابه در میدان جریان دارد.
-2-3 رژیم جریان چند فازی
رژیم های جریان چندفازی در چهارگروه تقسیم بندی می شوند: جریانهای گاز-مایع یا مایع-مایع جریانهای گاز-جامد جریانهای مایع-جامد جریان های سه فازی
-3-3 جریانهای گاز-مایع یا مایع-مایع
رژیمهای ذیل جریان گاز-مایع یا مایع-مایع می باشند.
جریان حبابی : جریان حبابهای گازی یا مایع گسسته در یک مایع پیوسته است. جریان قطره ای : جریان قطرات مایع گسسته در یک گاز پیوسته می باشد. جریان گلوله ای : جریان حبابهای بزرگ در یک مایع پیوسته می باشد.
جریان طبقه طبقه یا سطح آزاد : جریان سیالات مخلوط نشدنی که به وسیله یک سطح مشترک تعریف نشده، جدا شده است.
-4-3 رژیم های گاز جامد
رژیم های ذیل جریانهای گاز-جامد می باشند:
جریان مملو از ذره : جریان ذرات گسسته در یک گاز پیوسته می باشد.
انتقال پنوماتیکی : یک الگوی جریان که به عواملی مانند بارگذاری جامد، اعداد رینولدز و خواص ذره بستگی دارد. الگوهای نمونه برای این جریان را می توان در جریان ریگ روان، جریان گلوله ای و جریان همگن مشاهده کرد.
بستر مایع شده : شامل یک سیلندر عمودی ذرات که در داخل یک گاز از طریق یک توزیع کننده مطرح می شود.گاز که از میان بستر بالا می آید ذرات را معلق می کند. با توجه به نرخ جریان گاز، حبابها به وجود و از میان بستر بالا می آیند و مخلوط شدن در بستر را تشدید می کنند.
-5-3 جریانهای مایع-جامد
رژیمهای ذیل جریانهای مایع-جامد می باشند:
جریان دوغابی : این جریان انتقال ذرات در مایعات هستند. رفتار بنیادی جریانات مایع-جامد با خواص ذرات جامد نسبت به آن مایعات تغییر می کنند. در جریان آبدار، عدد استوک، معمولا کمتر از یک می باشد. زمانیکه عدد استوک بیشتر از یک باشد، خواص جریان مایع سازی مایع-جامد می شود.
انتقال هیدرولیکی : ذرات جامد توزیع شده در یک مایع پیوسته می باشد.
رسوب سازی : یک ستون بلند، شامل مخلوط ذرات پراکنده شده یکنواخت می باشند. در بخش پایینی، ذرات آرام می گیرند و تشکیل لجن می دهند. در قسمت بالایی، سطح مشترکی واضح، نمایان می شود و در وسط یک منطقه، نشست ثابتی وجود خواهد داشت.
