بررسی رفتار انتقال حرارت در جریان های رقیق شده میکرو/ نانو کاویتی حرارتی با استفاده از روش شبیه سازی مستقیم مونت کارلو و کاربرد آن در سیستم های میکرو/ نانو الکترو مکانیکی

توسعهی چشمگیر استفاده از سیستم های میکرو/نانو در صنایع پزشکی، الکترونیکی، مکانیکی و فضایی تحلیل و بررسی رفتار جریان را در میکرو/نانو ساختار ها ضروری می نماید. هدف اصلی پروژه ی حاضر تحلیل جریان رقیق شده ی هندسه ی دوبعدی میکرو/نانوکاویتی حرارتی با استفاده از روش شبیه سازی مونت کارلو و بررسی انتقال حرارت این جریان تحت شارحرارتی ثابت دیواره است. برای این منظور ابتدا در یک کد پایه عددی dsmc، الگوریتم اعمال شار حرارتی دیواره به روش تکرار گسترش داده شد و روابط لازم برای محاسبه ی تنش برشی و شار حرارتی از دیدگاه مولکولی به آن اضافه شده است. در این هندسه تاثیرات رقیق شدگی در بازه وسیعی از اعداد نودسن بر پارامترهای انتقال حرارتی در داخل حوزه حل و روی دیواره های کاویتی بررسی شد و مشاهده شد که با افزایش تاثیرات رقیق شدگی به دلیل کاهش برخورد بین مولکولی، انتقال حرارت کاهش می-یابد. در این بین مشاهده شد گردابه ها در کاویتی حرارتی در اعداد نودسن مختلف رفتار متفاوتی دارند به طوری که با افزایش تاثیرات رقیق شدگی گردابه ها روی دیواره پایین ضعیف می شود و گردابه هایی روی دیواره کناری به وجود می آید. در ادامه علت به وجود آمده این گردابه ها و تاثیر این گردابه ها بر رفتارهای انتقال حرارتی مورد مطالعه قرار گرفت. بررسی انجام شده در این پروژه نشان می دهد که عدد ناسلت با افزایش عدد نودسن، کاهش می یابد به طوری که در عدد نودسن 3، عدد ناسلت، طبق تعریف متداول در جریان پیوسته، به صفر میل می کند. تاثیرات ساختار مولکولی به پارامتر های انتقال حرارتی در رژیم های لغزشی و انتقالی مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد در صورت استفاده از گاز چند اتمی به جای گاز تک اتمی در یک عدد نودسن مشخص عدد نودسلت افزایش می یابد ولی با افزایش عدد نودسن ساختار مولکولی تاثیری در مقدار عدد ناسلت ندارد. در این پروژه نشان داده می شود که با کاهش تاثیرات رقیق شدگی، توزیع دما کاهش می یابد که این مساله منجر به کاهش توزیع آنتروپی می شود. برآیند دو جمله عمده حرارتی و سیالاتی در رابطه تولید آنتروپی بیانگر این است که کاویتی دارای بیشترین تولید آنتروپی در گوشه های پایین است، این در حالی است که بیشترین عدد نودسن محلی در گوشه های پایین کاویتی است. این بدین معناست که در نقاطی که کاویتی دارای بیشترین رفتار رقیق شدگی است، بیشترین مقدار آنتروپی تولید می شود.