مقایسه کانال های متعارف (لوله ها) با میکروکانال ها – مکانیک

مشخصات فایل

مقطع:کارشناسی ارشد
رشته تحصیلی:مهندسی مکانیک
نوع ارائه:سمینار
تعداد صفحات:126
قالب بندی:word قابل ویرایش

نحوه خرید

مقایسه کانال های متعارف (لوله ها) با میکروکانال ها – مکانیک

شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

چکیده

فهرست مطالب

چکیده……….. ۱

مقدمه ………. ۳

فصل اول :

۱-۱ رژیم های عددرینولدز……………. ۶
۱-۲ تاریخچه مختصر جریان آشفته ……………..۱۰
۱-۳ جریان های لزج داخلی و خارجی ……….. ۱۳
۱-۴ روابط نیمه تجربی برای جریان برش آشفته ……………. ۱۷
۱-۵ مفهوم متوسط زمان رینولدز………………۱۷
۶-۱ قانون لایه مشترک لگاریتمی….۲۰
۱-۷ جریان در لوله دایره ای………..۲۴
۱-۸ معادلات حرکت…………….. ۲۷
۱-۹ حل جریان آرام …………… ۲۸
۱-۰۱ حل جریان آشفته…………. ۳۰
۱-۱۱ اثر زبری دیواره ها ………….. ۳۴
۱-۲۱ نمودار مودی……… ۳۷
۱-۳۱ جریان در مجراهای غیر دایره ای………. ۳۹
۱-۱-۱۳ قطر هیدرولیکی ………….. ۴۰
۱-۱۴ جریان بین صفحات موازی……………. ۴۲

فصل دوم :
۲-۱ کلیات……………. ۴۸
۲-۲ توصیف عمومی مدلهای LB ……ا……… ۴۹
۲-۳ FDLB بالا دست…………. ۵۳
۲-۴ مفاهیم فیزیکی شرایط مرزی………………..۵۵
۲-۵ سرعت لغزشی ………….۵۷
۲-۵-۱ جریان کوئت ………………۵۸
۲-۵-۲ جریان پوازی…………. ۵۹

۲-۶ نتایج شبیه سازی…………..۶۱
۲-۶-۱ جریان کوئت ……………..۶۱
۲-۶-۲ جریان پوازی……………..۶۵
۷-۲ نتیجه گیری …………………..۷۰

فصل سوم :
۱-۳ مقدمه ………….۷۳
۳-۲ مدل سازی عددی………………. ۷۵
۱-۲-۳ متد شبیه سازی مستقیم مونت کارلو ………………۷۵
۳-۳ مسیر آزاد میانگین………….۷۶
۳-۴ فرگانس برخورد……………..۷۷
۵-۳ ماهیت احتمالی برخورد بین جفت مولکولها………….. ۷۸
۳-۶ ذرات شبیه سازی شده کلی در زمان محاسبه ای……….۷۹
۳-۷ شرایط مرزی………….. ۸۰
۸-۳ نتایج و بحث…………۸۱
۳-۸-۱ نتایج تحلیلی و شبیه سازی شده در رژیم جریان لغزشی……………….۸۱
۳-۸-۲ نتایج شبیه سازی شده در رژیم جریان انتقالی……………..۸۵
۹-۳ نتیجه گیری ………….۸۸

فصل چهارم :
۱-۴ شبیه سازی دینامیک مولکولی در نانولوله ها با عدد رینولدز پایین……………۹۱
۴-۱-۱ مدلهای فیزیکی……………..۹۲
۴-۱-۲ روشهای شبیه سازی…………..۹۴
۴-۱-۳ بررسی سیال در چند نمونه کانال مختلف………..۹۶

فصل پنجم :نتیجه گیری

نتیجه گیری کلی …………….۱۰۷

منابع و ماخذ
منابع لاتین ………………..۱۱۰

چکیده انگلیسی ……………….۱۱۱

چکیده
در مورد میکروکانالهـا تقریبـاً هـیچ مطالعـه جـامعی وجـود نـدارد کـه تمـامی خـواص در روابـط حاکم در آنهـا را بـه طـور کامـل بحـث کـرده باشـد و محققـان هـر کـدام بـه نـوعی بـه صـورت موردی در مورد خواص میکروکانالها بحث و تحقیق کرده اند. ط ول مشخ صه ی ک میکروکان ال ب ا ی ک سی ستم س یال میک رو در ب ازهµm 100−۱، اس ت و  اعداد رینولدزی که با آنهـا سـروکار داریـم بـسیار کوچـک هـستند (اغلـب از مرتبـه ۱ یـا کمتـر)  و بنابراین در دسته جریان های آرام طبقه بندی می شوند.  شبیه سـازیهای عـددی مـی توانـد جریـان سـیال و انتقـال حـرارت در وسـیله هـای مکـانیکی را پیش بینـی کنـد و عملکـرد یـک وسـیله میکـرو جدیـد را از قبـل از سـاخت سـخت افـزاری آن را ارزی ابی کن د. اکث ر مت دهای دینامی ک س یالاتی محاس باتی (CFD) ب رای مطالع ه جری ان  سیال بر پایه معادلات نـاویر اسـتوکس یـا اولـر هـستند. مطالعـه در مـورد سیـستم هـای میکـرو اغل ب در مح یط ه ای گ ازی در ش رایط اتم سفری (ک ه م سیر آزاد می انگین مولک ولی تقریب اً ۷۰ ن انومتر اس ت) محاس به ش ده اس ت. ن سبت م سیر آزاد می انگین (λ) ب ه ط ول مشخ صه  (L) م ی تواتن د محاس به ش ود. ای ن ن سبت ک ه ب ه ن ام ع دد نادس ن ش ناخته ش ده اس ت ( kn = λ)، برای مـشخص کـردن درجـه دقیـق بـودن سـیال بـه کـار رفتـه اسـت. هنگـامی کـه L Kn افزایش مـی یابـد تبـادل مـومنتم و انـرژی بـین سیـستم هـا و محـیط رفتـاری نـشان مـی دهد که مـی توانـد بـه سـاختار مولکـولی گسـسته محـیط نـسبت داده مـی شـود. بـه طـورکلی  هنگـامی ک هKn>0.01 اسـت آث ار رقیـق ب ودن مه م مـی ش ود. بنـابراینCFD مت داول ب ر  پای ه پیوس تگی هنگ ام ش بیه س ازی جری ان در ح د میک رو ب ه عل ت دره م شک ستن ف رض پیوستگی ناصحیح می شود. (یا منحرف می شود)
رژیم های جریان را می توانیم از روی عدد Kn به ۴ بازه تقسیم کنیم:
محیط پی وسـته اسـت، معـادلاتNS برقـرار هـستند و هـیچ سـرعت لغزشـی روی دیـوار وجـود
ندارد. ⇒۰۱٫۰<Kn
رژیم جریان لغزشـی. NS در بدنـه جریـان معتبـر اسـت ولـی در مرزهـا بایـد شـرایط لغزشـی را
جایگزین کنیم ⇒۱٫۰<Kn <01.0
رژیم جریان گذرا ⇒۱۰<Kn <1.0
جریان مولکولی آزاد ⇒۱۰>Kn
ما در اینجا با استفاده از سه روش شبیه سازی، جریان در میکروکانالها را مورد بررسی قرار می دهیم.

مقدمه
انتقال سـیال در یـک مجـرای بـسته (کـه اگـر دارای سـطح مقطـع دایـره ای باشـد لولـه و اگـر دارای سطح مقطـع دایـروی نباشـد duct نامیـده مـی شـود) در زنـدگی روزانـه مـا دارای نقـش بسیار اساسی است. بـا کمـی تفکـر در دنیـای اطـراف متوجـه خـواهیم شـد کـه کـاربرد جریـان در لوله دارای دامنه بسیار وسـیعی اسـت. ایـن کاربردهـا از خـط لولـه هـای بـسیار طویـل مثـل خ ط لول ه انتق ال نف ت خ ام از می ان آلاس کا ب ه ط ول ۸۰۰ مای ل متغی ر اس ت ت ا سی ستم  طبیع ی لول ه ه ایی ک ه خ ون را از می ان ب دن م ا ج اری م ی س ازند. مای ک تحلی ل دقی ق از  س اده ت رین جری ان ه ای در داخ ل لول ه (مث ل جری ان لامین ار در لول ه ه ای ب ا قط ر ثاب ت مستقیم طوی ل) و مفـاهیم تحلیـل ابعـاد آمیختـه بـا نتـایج تجربـی را بـرای انـواع دیگـر جریـان ها به کار خواهیم برد و در فصل اول ارائه خواهیم داد.  حال اگر ابعاد این لوله ها بسیار کوچک باشد مـثلاً میکـرو یـا نـانو در مـورد آنهـا چـه مـی تـوان گفت؟  در مورد میکروکانالهـا تقریبـاً هـیچ مطالعـه جـامعی وجـود نـدارد کـه تمـامی خـواص در روابـط حاکم در آنهـا را بـه طـور کامـل بحـث کـرده باشـد و محققـان هـر کـدام بـه نـوعی بـه صـورت موردی در مورد خواص میکروکانالها بحث و تحقیق کرده اند.  ط ول مشخ صه ی ک میکروکان ال ب ا ی ک سی ستم س یال میک رو در ب ازهµm 100−۱، اس ت و  اعداد رینولدزی که با آنهـا سـروکار داریـم بـسیار کوچـک هـستند (اغلـب از مرتبـه ۱ یـ ا کمتـ ر)  و بنابراین در دسته جریان های آرام طبقه بندی می شوند.  شبیه سـازیهای عـددی مـی توانـد جریـان سـیال و انتقـال حـرارت در وسـیله هـای مکـانیکی را پیش بینـی کنـد و عملکـرد یـک وسـیله میکـرو جدیـد را از قبـل از سـاخت سـخت افـزاری آن را ارزی ابی کن د. اکث ر مت دهای دینامی ک س یالاتی محاس باتی (CFD) ب رای مطالع ه جری ان  سیال بر پایه معادلات نـاویر اسـتوکس یـا اولـر هـستند. مطالعـه در مـورد سیـستم هـای میکـرو اغل ب در مح یط ه ای گ ازی در ش رایط اتم سفری (ک ه م سیر آزاد می انگین مولک ولی تقریب اً ۷۰ ن انومتر اس ت) محاس به ش ده اس ت. ن سبت م سیر آزاد می انگین (λ) ب ه ط ول مشخ صه  (L) م ی تواتن د محاس به ش ود. ای ن ن سبت ک ه ب ه ن ام ع دد نادس ن ش ناخته ش ده اس ت  ( kn =λ)، برای مـشخص کـردن درجـه دقیـق بـودن سـیال بـه کـار رفتـه اسـت. هنگـامی کـه L Kn افزایش می یابد تبادل مو؟ و انرژی بـین سـیتم هـا و محـیط رفتـاری نـشان مـی دهـد کـه  می توانـد بـه سـاختار مولکـولی گسـسته محـیط نـسبت داده مـی شـود. بـه طـورکلی هنگـامی کــه Kn>0.01 اســت آثــار رقیــق بــود ن مهــم مــی شــو د. بنــابراین CFD متــداول بــر پایــه پیوســتگی هنگــام شــبیه ســازی جریــان در حــد میکــرو بــه علــت درهــم شکــستن فــرض پیوستگی ناصحیح می شود. (یا منحرف می شود)  دژیم های جریان را می توانیم از روی عدد Kn به ۴ بازه تقسیم کنیم:  محیط پیوسـته اسـت، معـادلاتNS برقـرار هـستند و هـیچ سـرعت لغزشـی روی دیـوار وجـود ندارد. ⇒۰۱٫۰<Kn  رژیم جریـان لغزشـی. NS در بدنـه جریـان معتبـر اسـت ولـی در سـندها بایـد شـرایط لغزشـی را جایگزین کنیم ⇒۱٫۰<Kn <01.0  رژیم جریان گذرا ⇒۱۰<Kn <1.0  جریان مولکولی آزاد ⇒۱۰>Kn  م ا در اینج ا ب ا اس تفاده از س ه روش ش بیه س ازی، جری ان در میکروکاناله ا را م ورد بررس ی  قرار می دهیم و برای اینکه تـصویری کلـی از آنچـه کـه قـبلاً در مـورد لولـه هـای متعـارف مـی دان یم، داش ته باش یم، در ف صل اول مف اهیم و رواب ط ح اکم در لول ه ه ای م اکرو را ارائ ه م ی  دهیم.

نتیجه گیری کلی
آنچه که از نظر گذشت بخشی از روابط و معادلات حاکم در لوله های متداول و میکروکانالها بود. همانگونه که دیدیم وقتی در میکروکانالها عدد نادسن بزرگتر از ۰٫۰۱ می شود (kn>0.01) ،  سیستم کم کم از حالت پیوستگی خارج می شود و برخی معادلات حاکم در محیط های پیوسته  مثل معادلات ناویراستوکس اعتبار خود را از دست می دهد و باید برخی اصلاحات در آنها صورت  گیرد. (مثلاً در اینجا باید شرایط مرزی لغزشی در روی دیوارها جانشین شرایط مرزی متداول  شوند.) یا اینکه با استفاده از روشهای شبیه سازی عددی، کل سیستم را شبیه سازی می کنیم.  در فصل دوم این کار را با استفاده از روش FDLB برای جریان کوئت و پوازی انجام شده است و  تطابق خوبی بین روش تئوری و شبیه سازی مشاهده شده است.  فصل سوم به بررسی جریانها میکروکانال با استفاده از شبیه سازی مستقیم مونت کارلو می پردازد. این متد ابزاری قوی برای مطالعه رفتار جریان ها در میکروکانالهایی است که ممکن است فرض  بنیادین پیوستگی حاکم نباشد. توصیف دقیق کاربرد DSMC در میکروکانال ارائه شده است. نتایج DSMC برای یک رژیم جریان لغزشی با حل تحلیلی معادلات ناویراستوکس توسعه یافته  به وسیله Arkilic مقایسه شد. انطباق خوبی در ناحیه جریان کاملاً توسعه یافته حاصل شده  است. با معرفی شرایط مرزی ورودی و خروجی مناسب ،DSMC می تواند آثار دینامیکی ناحیه  های ورودی و خروجی را توجیه کند و رفتار جریان در این ناحیه ها را که در حل تحلیلی در نظر  گرفته می شوند را پیش بینی کند.  شبیه سازی DSMC به رژیم جریان انتقالی هم توسعه داده شده است ولی نتایج با حل های  تحلیلی متمایز هستند. چنین یافت شده است که تراکم پذیری یک جریان ایجاد شده به وسیله  فشار توسط ترقیق جریان ناشی فشار، خنثی می شود. گرادیان فشار در طول جهت کانال برحرکت جریان حکمفرما است .  موضوع مورد بحث در فصل چهارم نیز، شبیه سازی دینامیک در نانو (یا میکرو) لوله ها با عدد  رینولدز پایین است. شبیه سازی دینامیک مولکولی غیر تعادلی، روش خوبی برای بررسی  خصوصیات با استفاده از حل معادلات حرکت می باشد. مایعات لنارد جونز در نانوکانالها، ویژگی  های جدیدی را نشان می دهد که آنها را از سیالات ماکروسکوپیک، متمایز می سازد و از تئوری  ناویر – استوکس نیز منحرف می شود. اگر عرض کانال از قطر ۵ مولکول کمتر شود، سیال از  تئوری ناویر- استوکس منحرف می شود. در این فصل جریان مایع ساده در کانالهای مختلف را  مدل کرده ایم و شبیه سازی MD را برای فهمیدن خصوصیات دینامیکی جریانات در نانو (میکرو)  لوله ها به کار برده ایم.

 

نحوه خرید

دانلود رایگان فایل
شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

در صورت بروز هر گونه مشکل در روند خرید اینترنتی، بخش پشتیبانی کاربران آماده پاسخگویی به مشکلات و سوالات شما می باشد

راهنمای سایت

برخلاف سایت های دیگر که فایل ها را به صورت تکی می فروشند روال سایت ما این است که شما با عضویت در سایت ما میتوانید از تمام فایل های موجود استفاده کنید.

تمام مطالب سایت فقط برای اعضای سایت رایگان است.

نحوه عضویت در سایت

آخرین مطالب

مطالب مرتبط