تجزیه و تحلیل تولید انتروپی در جریان رقیق رانده شده بوسیله تنش برشی در ابعاد میکرو/نانو با استفاده از روش شبیه سازی مستقیم مونت کارلو

در سال های اخیر با توجه به پیشرفت های صورت گرفته در زمینه فناوری ریزساخت، تولید ریزسیستم هایی در ابعاد میکرو/نانو میسر گردیده است. تجزیه و تحلیل رفتار سیالات عامل در این سیستم ها که عموما از آنها به عنوان میکرو/نانوسیستم های الکترومکانیکی نام برده می شود امروزه تبدیل به یکی از پویا ترین رشته ا تحت عنوان ریزسیالات یا میکرو/نانوسیالات شده است. در پروژه حاضر جریان کوئت که یکی از انواع جریان های رانده شده به وسیله تنش برشی و به عنوان مسئله ای کلاسیک در مکانیک سیالات شناخته می شود در نظر گرفته شده و با استفاده از روش dsmc به شبیه سازی و بررسی فیزیک حاکم پرداخته می گردد. هدف در این پایان نامه علاوه بر حل جریان، محاسبه کمیت های مرتبط به قانون دوم در چارچوب معادله انتقال انتروپی از دیدگاه میکروسکوپیک می باشد چرا که چنین کمیت هایی در اکثر مسائل انتقال ممنتم و حرارت کمک می کند که از فیزیک حاکم درک بهتری حاصل گردد. در این پایان نامه روش های مختلف محاسبه انتروپی و تولید انتروپی توصیف می گردند و در مسئله کوئت به کار گرفته می شوند. همچنین اثرات رقیق شدگی و تراکم پذیری مورد مطالعه قرار می گیرند و در مورد مزایا و معایب این مدل ها بحث می گردد و یک مدل ترکیبی برای مطالعه تولید انتروپی پیشنهاد می شود. شبیه سازی حاضر برای محدوده وسیعی از عدد نودسن و عدد ماخ به طوری که رژیم های مختلف این دو عدد بی بعد را پوشش دهند اجرا گردید. از بررسی اثرات تراکم پذیری اینطور می توان نتیجه گرفت که افزایش سرعت دیواره منجر به افزایش سرعت، دما، شار حرارتی و کاهش قدر مطلق تنش برشی در دامنه حل می گردد. مهمترین پارامتر در اینجا اتلاف گرمایشی لزجی می باشد که با افزایش سرعت دیواره افزایش می یابد. همچنین افزایش عدد ماخ دیواره منجر به غیر یکنواخت شدن نیمرخ های انتروپی با بیشینه ای در مرکز کانال و تولید بیشتر انتروپی در کل مناطق کانال می شود. نتایج به دست آمده نشان می دهد که انتروپی و دما روند مشابهی نشان می دهند. با بررسی اثرات رقیق شدگی می توان نتیجه گرفت که افزایش عدد نودسن منجر به کاهش سرعت و افزایش دما، شار حرارتی و تنش برشی در دامنه حل می شود. ملاحظه می شود گرادیان نیمرخ سرعت با رقیق شدن جریان کاهش می یابد که به دلیل توسعه لایه نودسن در کل حوزه می باشد. همچنین افزایش عدد نودسن منجر به تولید نیمرخ های یکنواخت تولید انتروپی می گردد. محاسبه انتروپی و تولید آن در دامنه حل نشان می دهد که این دو کمیت رفتارهای متفاوتی از خود به نمایش می گذراند. در اینجا علت اصلی انتقال انتروپی، شار انتروپی می باشد. این کمیت انتروپی تولید شده در کنار دیواره ها را به بیرون کانال منتقل می کند. نشان داده می شود می توان از پارامتر تولید انتروپی در واحد چگالی، به جای عدد نودسن موضعی و به عنوان ملاکی برای درجه غیر تعادلی بودن جریان استفاده کرد.