بررسي رفتار پايدار پروفيل سرعت و انتقال حرارت در ميكروكانال ها تحت اثر ميدان الكتروهيدروديناميكي

Two Dimensional Steady State Modeling of Temperature Profile and Heat Transfer of Electrohydrodynamically Enhanced Micro Heat Pipe

در اين پژوهش بررسي عددي و رفتار پايدار و آرام يك ميكروكانال چهار وجهي منتظم با سطح مقطع مربع در حالت دو بعدي و تك فاز مورد مطالعه قرار گرفته است. سيال عامل خنك كننده پنتان و جنس ديواره ميكروكانال سيليكون در نظر گرفته شده است. ابتدا فرمولاسيون مسئله با توجه به معادلات پيوستگي، ممنتوم، انرژي و اتلاف حرارتي ناشي از ويسكوزيته ارائه گرديده است. معادله مربوط به نيروي الكتروهيدروديناميكي اعمال شده به طول ميكروكانال بدست آورده شده و در معادله ممنتوم در محور طول كانال به عنوان نيروي حجمي قرار گرفته است، علاوه بر نيروي الكتروهيدروديناميكي نيروي جاذبه ثقل نيز در معادله ممنتوم محور طولي ميكروكانال در نظر گرفته شده است. البته نيروي الكتروهيدروديناميكي شامل نيروهاي كولمب، دي الكتروفورتيك و الكترواستراكتيو مي باشد. به دليل تك فاز بودن مطالعه، نيروي دي الكتروفورتيك صفر مي باشد. و با فرض يكنواخت بودن ميدان، نيروي الكترواستراكتيو قابل اغماض است. معادلات حاكم بر مسئله بدون اغماض از اتلاف حرارتي ناشي از ويسكوزيته به صورت عددي و پس از بي بعد سازي حل شده اند. البته حل عددي با استفاده از روش سيمپل بوده است. پيش از بدست آوردن نمودار هاي دما و سرعت ابتدا طول هاي توسعه يافتگي حرارتي و هيدروديناميكي بررسي گرديده اند و نشان داده شده است كه بررسي مدل پس از گذر از شرايط توسعه يافتگي مي باشد. پارامتر هاي اصلي بررسي شامل فاكتور ضريب اصطكاك، دماي متوسط بي بعد، عدد ناسلت محلي و نيز معيار بهبود انتقال حرارت (با توجه به تعريف حاصل نسبت عدد ناسلت همراه با حضور نيروي الكتروهيدروديناميك به عدد ناسلت بدون حضور نيروي الكتروهيدروديناميك) مورد مطالعه همراه با رسم نمودار هاي مربوطه ارائه شده اند.

A numerical investigation of laminar forced convection flows through a square cross section micro heat pipe by applying electrohydrodynamic (EHD) field has been studied. In the present study, pentane is selected as working fluid. Temperature and velocity profiles and heat transfer enhancement in the micro heat pipe by using EHD field at the two dimensional and single phase fluid flow in steady state regime have been numerically calculated. At this model only Coulomb force is considered. The study has been carried out for the Reynolds number 10 to 100 and EHD force field up to 8 KV. Coupled, non-linear equations governed on the model (continuity, momentum and energy equations) have been solved simultaneously by CFD numerical methods. Steady state behavior of affecting parameters, e.g. friction factor, average temperature, Nusselt number and heat transfer enhancement criteria, have been evaluated. It has been observed that by increasing Reynolds number, the effect of EHD force became more significant and for smaller Reynolds numbers the rate of heat transfer enhancement criteria is increased. By obtaining and plotting the mentioned parameters, it has been shown that the EHD field enhances the heat transfer process. The numerical results show that by increasing EHD force field the absolute value of Nusselt number and friction factor increases and average temperature of fluid flow decreases. But the increasing rate of Nusselt number is greater than increasing value of friction factor, which makes applying EHD force field for heat transfer enhancement in micro heat pipes acceptable and applicable. The numerical results of model predict the experimental results available in the literature successfully, and it has been observed there is a good agreement between them.