بررسی جریان درون میکروکانال‌های با سطوح فوق آب‌گریز با رهیافت حل ترکیبی معادلات نویر استوکس و روش DSMC-IP

سطوح فوق آب‌گریز به واسطه‌ی ویژگی‌هایی نظیر کاهش مقاومت سطح در مقابل جریان و اثر خود تمیز شوندگی بسیار مورد توجه هستند. به ویژه در جریان درون میکروکانال‌ها که به علت کاهش ابعاد اثر نیروهای سطحی غالب است، استفاده از این سطوح کاربرد فراوان دارد. یکی از راه‌های تولید سطوح فوق آب‌گریز ایجاد شیار روی سطح میکروکانال است. جریان گازی درون شیار با توجه به فشار گاز و ابعاد میکروحفره ممکن است در محدوده جریان رقیق‌شده باشد. در این صورت باید از روش‌های ذره-مبنا برای حل جریان گازی استفاده شود. در این مقاله با استفاده از حل ترکیبی شبیه‌سازی مستقیم مونت‌کارلو و نویر استوکس (DSMC-NS) جریان آرام درون میکروکانال فوق آب‌گریز با دندانه و حفره عمود بر راستای جریان مطالعه شده است. از آن‌جا که سرعت جریان گازی پایین است، برای کاهش نوسانات حل DSMC، از روش نگه‌داری اطلاعات (IP) استفاده شده است. اثر ابعاد میکروحفره روی پارامترهای جریان مانند طول لغزش موثر، سرعت لغزشی و پروفیل سرعت با استفاده از حل ترکیبی DSMC-NS بررسی و نتایج با حل ساده‌سازی شده جریان برش آزاد (SF) روی سطح تماس آب-هوا، مقایسه شده است. این بررسی نشان می‌دهد که هرچند با افزایش کسر برش آزاد اختلاف نتایج دو رهیافت DSMC-NS و SF افزایش می‌یابد، اما این اختلاف در شرایط مورد بررسی در این مطالعه همواره کمتر از % 6 است. بنابراین با هدف کاهش هزینه‌های محاسباتی، می‌توان با دقت قابل قبولی از حل SF استفاده کرد. بویژه در نسبت کسر برش آزاد 0.2>fc که میزان اختلاف به کمتر از% 3 کاهش می‌یابد.