new5

بررسي اثر تشعشعي ميكروكانال هاي قابل استفاده در خنك كاري تجهيزات الكترونيكي

49.000تومان

توضیحات

فایل pdf
پايان نامه براي دريافت درجه كارشناسي ارشد
مهندسي مكانيك – تبديل انرژي

12 چكيده : ……
13 ديباچه: ……..
1- معرفي ميكروكانال ها …….. 15
1-1 نيازمندي به گذرگاه هاي باريكتر براي عبور جريان ……. 15
1-2 دسته بندي كانال ها …….. 17
1-3 فرضيات اوليه در انتقال حرارت و افت فشار در ميكروكانال ها ……… 18
2- جريان سيال در ميكروكانال ها …. 26
2-1 پيشگفتار ……. 26
2-1-1 خصوصيات منحصر به فرد مايعات در ميكروكانال ها ….. 27
2-1-2 هيدروديناميك محيط هاي پيوسته براي جريان داخل كانال ها …… 30
2-1-3 قطر هيدروليكي …… 33
2-1-4 جريان در مجراهاي باريك دايره شكل …….. 34
2-1-5 طول توسعه يافتگي ……. 36
2-1-6 گذار به جريان مغشوش ………. 37
2-1-7 كانال هاي غيردايره اي ….. 38
2-2 مطالعة آزمايشگاهي جريان درون ميكروكانال ها ………. 39
2-2-1 توصيف هاي ارائه شده جهت تشريح رفتارهاي اندازه گيري شده جريان ………. 44
2-2-2 اندازه گيري سرعت در ميكروكانال ها ………. 46
2-2-3 كانال هاي غيرخطي …… 47
2-2-4 اثرات ظرفيتي ……. 49
3-انتقال حرارت در ميكروكانال ها …. 51
3-1 پيشگفتار ……. 51
3-2- اصول انتقال حرارت در ميكروكانال ها ……. 53
3-2-1- حالت هاي انتقال حرارت …….. 53
3-2-2- فرضيه پيوستگي …. 54
3-2-3- اصول ترموديناميك ……. 55
3-2-4- قوانين كلي ………. 56
3-2-5 قوانين خاص ………. 57
3-2-6 معادلات حاكم …….. 58
3-2-7 اثرات اندازه …. 59
3-3- انتقال حرارت جابجايي تك فاز در ميكروكانال ها …….. 59
3-3-1- ساختار جريان …… 60
3-3-2 طول ورودي ………. 60
3-3-3 معادلات حاكم …….. 62
3-3-4- جابجايي اجباري در جريان هاي گازي تماماً توسعه يافته ….. 62
3-3-5- جابجايي اجباري در جريان مايع تماماً توسعه يافته ….. 68
4- تشعشع در ميكرو كانال ها و در حضور نانو سيال ها ……. 73
4-1- پيشگفتار …… 74
4-2- روابط انرژي و شرايط مرزي ….. 74
4-2-1- روابط كلي …. 74
4-2-2- حالت هاي انتقال حرارت كوپل شده و كوپل نشده …… 76
4-2-3- رهيافت حجم كنترل براي هدايت در راستاي ديواره ميكروكانال …. 77
4-3- تشعشع به همراه هدايت : ……. 79
4-4- تشعشع توام با هدايت و جابجايي …… 91
4-5- اصل برهم نهي تشعشع جابجائي و هدايت ……… 93
4-5- برهم نهي اثرات انتقال حرارت تشعشعي با انتقال حرارت جابجايي و هدايت ….. 95
1-5-4- كليات: …….. 95
4-5-2- روش هاي محاسبات انتقال حرارت ………. 96
4-6- جريان نانو سيال ها در ميكروكانال هاي چاه هاي حرارتي ………. 103
4-6-1- پخشيدگي انرژي توسط ذرات ……. 104
4-6-2- پخشيدگي رايلي توسط كره هاي كوچك ……. 105
4-6-3- تقويت انتقال حرارت در اثر تونل زني فوتون ها ……. 106
5- نتيجه گيري و پيشنهادات ……. 119
5-1- نتيجه گيري ……… 119
5-2- پيشنهادات ………. 120
كتابنامه ….. 121
129 …….. Abstract

چكيده :

در اين پژوهش تحليلي بر انتقال حرارت تشعشعي در ميكروكانال ها انجام شده است. تحليل حرارتي يك ميكروكانال با سطح مقطع مستطيلي شكل كه توسط سيال عاملي چون يك نانوسيال تك فاز با جريان لايه اي خنك مي شدند. از نتايج كارهاي قبلي كه در شرايط ديواره دما ثابت به دست آمده بودند در اين بررسي استفاده شد و نقشه خطاي روش يك معادله اي و دو معادله اي در شناسايي مسائلي كه اثر تشعشع در آنها بيشتر است استفاده شد. تبادل تشعشعي بين سطوح سقف و كف ميكروكانال بررسي شد. به اثر حضور نانوذره ها و اثر تشعشع در فاصله هاي بسيار كم نيز اشاره شد.

ديباچه:

در چند دهه اخير افق هاي جديدي پيش روي ساخت تجهيزات و سيستم هاي با مقياس ميكرو قرار گرفته است. هر چه كه توانايي بشر در افزايش ميزان دفع حرارت از واحد سطح تكامل بيشتري يابد امكـان اسـتفاده ازفنĤوري هاي پيشرفته براي افراد بيشتري فراهم مي شود. يكي از مهم ترين چالش هايي كه توسعه سيستم هاي با مقياس ميكرو با آن مواجه بوده و مي باشد، مسئله دفع حرارت ناشي از عملكرد اين دستگاه ها مي باشـد ، لـذادستيابي به مدارج بالاتر انتقال حرارت با استفاده از ميكروكانال ها مورد توجه قرار گرفت ليكن به سهم تشعشع در انتقال حرارت در ميكروكانال ها كمتر پرداخته شده است.
هدف از پژوهش حاضر در نظر گرفتن سهم تشعشع در انتقال حرارت در ميكروكانال ها جهت دسـتيابي بـهپيشبيني هاي دقيق تري از انتقال حرارت كل در ميكروكانال ها مي باشد.

1. معرفي ميكروكانال ها
1-1 نيازمندي به گذرگاه هاي باريكتر براي عبور جريان
جريان سيال داخل كانال ها در بطن بسياري از سيستم هاي طبيعي و سيستم هاي ساخته شـده توسـطبشر قرار دارد، انتقال جرم و حرارت در سيستم هـاي بيولـوژيكي در كـل طـول ديـواره هـاي كانـال قابـل انجـاممي باشد، مواردي چون مغز، ريه ، كليه، روده و مانند آنها، به مانند آنچه كه در بسـياري از سيسـتمهـاي سـاختهشده توسط بشر به وقوع مي پيوندد. مواردي چون مبدل هاي حرارتي، راكتورهاي هسـته اي، واحـدهاي تقطيـر،واحدهاي جداسازي هوا و نظير آنها. به طور كلي فرايندهاي انتقال در طول ديوارة كانال ها انجام مـيشـود ، چـراكه جريان حجمي از روي سطح مقطع كانال عبور مي كند بنابراين سطح مقطع كانال مي توانـد بـه عنـوان عبـوردهندة سيال به داخل يا خارج ديواره هاي كانال ايفاي نقش نمايد. كانال دو وظيفة اساسي دارد كه بايد در طول عملكرد خود به انجام برساند:
1- سيال را به برخورد موثر با ديواره هاي كانال وادار نمايد.
2- به منظور اينكه فرايند انتقال به خوبي انجام پذيرد كانال بايد همواره سيال جديد را به سمت ديواره فرستاده و سيالي را كه در نزديك ديواره است و وظيفه فرايند انتقال خود را انجام داده از ديدار دور نمايد تا سيال جديد در مجاورت ديواره جايگزين آن شود.

نرخ فرآيند انتقال به مساحت سطح تماس با سيال بستگي دارد كه اين خود براي كانال با سطح مقطـعدايره اي به قطر كانال، D بستگي داشته همچنان كه نرخ جريان نيز به مساحت سطح مقطع كانال بستگي دارد، كه سطح مقطع نيز به طور خطي با 2D متناسب است، بنابراين نسبت مساحت سطح داخلي كانال بـه حجـم بـاقطر كانال نسبت عكس خواهد داشت، پر واضح است كه با كاهش قطر نسبت مساحت سـطح داخلـي كانـال بـهحجم افزايش خواهد داشت.

در بدن انسان دوفرايند انتقال حرارت و جرم با اهميت بسيار زياد در ريه و كليه اتفاق مي افتد. جايي كه قطر كانال ها يا به عبـارتي ديگـر مجراهـاي باريـك چيـزي در حـدود چهـارميكرومتر مـي باشـد . گسـتره اي ازميكروكانال ها با ابعاد مختلف با ذكر نوع سيستمي كه ميكروكانال در آنها بـه كـار رفتـه اسـت، در شـكل1-1() آورده شده است[1].

شكل(1-1) : گستره اي از قطر ميكروكانال هايي كه داراي كاربردهاي مختلف ميباشند[1]

جالب است كه در سيستم هاي بيولوژيكي فرايندهاي انتقال جرم، ابعاد كانال كوچكتري دارند، جايي كـهاز كانال هاي با ابعاد بالاتر فقط به منظورجابجايي سيال استفاده مي شود. از نقطه نظر مهندسي ما شاهد حركتي از كانال هاي با ابعاد بالا يعني حدود 10 تا 20 ميليمتر به كانال هاي با ابعاد پايين تر مـي باشـيم تـا جـايي كـهعلاقه به گسترة از چند ده تا چندصد ميكرومتر، استفاده از كلمة”مقياس ميكرو ” بـه عنـوان يـك واژة متـداولجهت استفاده در تقسيم بندي هاي علمي و مهندسي كه با فرايندهايي در اين مقياس سـروكار دارنـد، شـناختهشده و پذيرفته شده است.

هرچه ابعاد كانال كوچكتر مي شود تعداد بيشتري از تئوري هايي كه براي توصيف وضعيت سيال، انـرژي و انتقال جرم استفاده مي شد نيازمند بررسي بيشتر جهت حصول اطمينان از اعتبـار ايـن تئـوري هـا در تشـريحمسئله با ابعاد ميكرو مي باشد. دوعامل اساسي جهت دور شدن از تئوري هـاي معمـولي جهـت توصـيف مقيـاسميكرو وجود دارد، به عنوان مثال به دليل قطر كوچك كانال ممكن است شاهد تغييراتـي در نحـوة مـدل سـازي جريان سيال داخل كانال باشيم:

1- تغييري در فرايندهاي اساسي مانند انحراف از فرضي محيط پيوسته براي جريان گاز، يا اثـر گـذاريمضاعف بعضي از نيروها مانند نيروهاي الكتروسينتيكي و مانند آن.
2- عدم قطعيت در كاربرد عوامل اساسي كه به روش هاي آزمايشگاهي در مسائل بـا مقيـاس بـالاتر بـهدست آمده است مانند ضرايب افت، ورودي و خروجي، جريان سيال داخل لوله ها.
3-عدم قطعيت در اندازه گيري هاي مقياس ميكرو مانند ابعاد هندسي و پارامترهاي مسئله.

1-2 دسته بندي كانال ها
دسته بندي كانال ها براساس قطر هيدروليكي آنها به عنوان يك راه حل ساده و در عين حال كارا جهت مطالعه مسائل مختلف در دست مي باشد. كاهش ابعاد كانال در فرايندهاي مختلف، اثرات مختلفي داشـته و ارائـه يك شرط خاص منطبق بر متغيرهاي فرايند ممكن است در نگاه اول گزينه اي بسيار مناسب به نظر برسـد، امـاچنانچه تعداد فرايندها و متغيرهاي حاكم بر انتقال از ابعاد معمولي بـه پديـده هـاي مقيـاس ميكـرو را در نظـربگيريم همان روش ساده دسته بندي كانال ها براساس ابعادشان را يك روش مناسب مي بينيم كـه بـا كارهـاييكه پيش از اين در ادبيات اين رشته انجام شده است تطابق خوبي دارد. مهنداله و همكاران[2] تقسيم بنـدي راارائه نموده اند كه مطابق آن كانال هاي به قطر تا1 100ميكرومتر را ميكروكانال، از 100 ميكرومتـر تـا1 ميلـيمتر را مسوكانال ، تا1 6 ميليمتر را گذرگاه هاي فشرده و از 6 ميلي متر به بالا را گذرگاه هاي معمولي ناميدند.
كاندليكار و گرانده 3[] اثرات رقيق شدن گازهاي معمولي در فشار اتمسفر را در نظر گرفتند و گسـتره هـايي از ابعاد كانال كه ممكن بود رژيم جريان در آنها متفاوت باشد را ارائه نمودند كه نتايج آنها براساس كوچكترين قطر كانال در جدول1-1() ارائه شده است:

جدول1(-1): ابعاد كانال براي انواع جريان گازي در فشار اتمسفر [3]

در سيستم هاي بيولوژيكي، جريان در مجاري باريك در عددهاي رينولدز بسيار پايين اتفاق مـي افتـد ورهيافت متفاوتي از مدل سازي براي بررسي اين حالت ها مـورد نيـاز مـي باشـد . همچنـين در ايـن سيسـتم هـانيروهاي الكتروسينتيكي نقش مهمي ايفا مي نمايند و اين درحالي است كه بـراي مثـال يـك جريـان دوفـاز دركانالي با عرض كمتر از 10ميكرومتر همچنان ناشناخته باقيمانـده اسـت. بنـابراين تعريـف اوليـه اي كـه توسـطكاندليكار و گرانده جهت تقسيم بندي كانال ها ارائه گرديده بود دستخوش تغييراتي شده و ايشـان يـك تعريـفكلي بر مبناي كوچكترين بعد كانال ارائه نمودند كه نتايج آن در جدول (1-2) ارائه شده است:

جدول 1(- 2) : شمايي از دسته بندي كانال ها [3]

در جدول2-1() D عبارتست از قطر كانال كه در حالت هايي كه با كانال هاي با سطح مقطع غير دايـرهاي سروكار داشته باشيم D عبارت خواهد بود از كوچكترين بعد كانال به عنوان نمونه، ضلع كوچك مسـتطيل دريك سطح مقطع مستطيلي شكل به جاي قطر كانال D مورد استفاده قرار مي گيرد. ايـن تقسـيم بنـدي در واقـعجهت تسهيل در شناسايي واژه ها ارائه شده ليكن اين مسئله كه آيا فرض محيط پيوسته يا شرايط لغزش جريان براي رژيم گازي وجود دارد يا خير، مي بايست در شرايط متعلق به هر مسئله خاص بررسي و براي هر كانـالي بـهطور مجزا چك شود. لذا اين تقسيم بندي جهت شناسايي واژگان متداول در ادبيات ميكروكانال ها مناسب بـودهليكن ابعاد ارائه شده به نوبة خود جاي استدلال بيشتري دارد.

دیدگاهها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین نفری باشید که دیدگاهی را ارسال می کنید برای “بررسي اثر تشعشعي ميكروكانال هاي قابل استفاده در خنك كاري تجهيزات الكترونيكي”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

29 + = 31

شناسه محصول: d790 دسته: