بررسی رفتار هیدرودینامیکی و انتقال حرارتی جریان گاز در داخل یک میکرو/نانوپله و مطالعه ناحیه چرخشی با استفاده از الگوریتم dsmc

در سالهای اخیر استفاده از سامانه های میکرو/نانو الکترومکانیکی (mems/nems) توسعه چشمگیری پیدا کرده است. یکی از مهمترین اجزای استفاده شده در این قطعات میکرو/نانو کانالها می باشد. در هنگام اتصال میکرو/نانو کانالها با قطرهای مختلف به یکدیگر، نواحی افزایشی مساحت قابل مشاهده می باشد که این نواحی از دیدگاه عددی با جریان روی پله قابل مدلسازی می باشد. هدف اصلی تحقیق حاضر بررسی جریان رقیق شده در میکرو/نانو پله می باشد. جریان گاز نیتروژن در بازه وسیعی از عدد بدون بعد نودسن (kn) در جریان داخل پله مورد بررسی قرار گرفته است. در این تحقیق ناحیه چرخشی ایجاد شده پشت پله مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد و عوامل کاهش و افزایش این ناحیه مورد بررسی قرار می گیرند. همچنین رفتار گاز قبل و بعد ناحیه چرخشی مورد بررسی قرار می گیرد. یکی از مسائل قابل اهمیت بررسی این سوال است که آیا می توان ناحیه جدایش چرخشی را کاملا از بین برد و یا محدود نمود. همچنین اثر پارامترهای مختلف مثل عدد نودسن بر رفتار گاز در داخل و خارج ناحیه چرخشی بررسی شده است. یکی از پارامترهایی که کاربرد فراوانی در میکرو/نانو کانالها دارد پارامتر تغییر فشار است. تغییر فشار عاملی است که در کانالهای فشار محرک از آن برای کنترل دبی و سرعت سیال استفاده می شود؛ بنابراین مطالعه تغییرات نسبت فشار نیز در این تحقیق انجام می شود. تغییر فشار، توزیع سرعت داخل ناحیه چرخشی را تغییر می دهد اما بر طول این ناحیه اثری ندارد. رفتار خفگی جریان و اثر آن روی ناحیه چرخشی یکی دیگر از مواردی است که مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین تغییر دمای دیواره و گرم کردن آن یکی از عواملی است که بر روی رفتار گاز در داخل ناحیه چرخشی و خارج آن تاثیر میگذارد. در هر قسمت اثر پارامترهای مختلف بر روی تغییرات دبی جرمی نیز مورد بررسی قرار می گیرد. تمامی این پارامترها قادرند علاوه بر تغییر در دبی جریان، روی عملکرد جریان در داخل و خارج ناحیه چرخشی اثر بگذارند. رفتار انتقال حرارتی گاز و عدد ناسلت نیز مورد مطالعه قرار گرفته است. یکی دیگر از نوآوری های تحقیق حاضر مقایسه جواب های روش dsmc با ناویراستوکس با دو نوع شرط مرزی لغزشی سرعت و پرش دمایی است که دقت این جوابها در داخل و خارج ناحیه چرخشی مورد بحث قرار گرفته است.