بررسی خواص جریان و انتقال حرارت در میکروکانالهای مارپیچی شکل

در این مطالعه سعی شده است که اثر پارامترهای هندسی میکروکانال و میکرولوله های مارپیچی روی انتقال حرارت و افت فشار بررسی شود. برای این منطور از میکروکانال و میکرولوله های مارپیچی با ابعاد هندسی مختلف، نوع خم و طول صاف متنوع استفاده شده است. این میکروکانال ها هم به صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته و هم توسط تکنیکcfd جریان درون آن ها شبیه سازی شده است. در مرحله اول، از میکروکانال های مارپیچی با مقطع مستطیلی برای بررسی افت فشار استفاده شد. در این میکروکانال ها شعاع انحنا و طول صاف بین خم ها متغیرهای هندسی بودند. مشاهده شد که با افزایش شعاع انحنا و کاهش طول صاف بین خم های منحنی افت فشار در طول میکروکانال افزایش می یابد. نتایج شبیه سازی نیز مشخص کردند که cfd توانایی پیش بینی افت فشار در این نوع میکروکانال را داراست. درمرحله بعدی، انتقال حرارت در یک میکروکانال مارپیچی با مقطع مستطیلی بررسی شد و با شبیه سازی cfd جریان در این میکروکانال مدل سازی شد. با حصول اطمینان ازصحت نتایج شبیه سازی، از شبیه سازی برای بررسی آرایش های مختلف (مارپیچی با خم منحنی، مارپیچی با خم نود درجه و زیگزاگی) استفاده شد. نتایج مربوط به عملکرد حرارتی این میکروکانال ها باهم مقایسه و مشاهده گردید که میکروکانال هایی با خم تند و زاویه کم، از خم های منحنی عملکرد بهتری دارند. بهترین عملکرد در بین این میکروکانال ها مربوط به حالت زیگزاگی با زاویه خم تند(30درجه) می باشد. به طوری که افزایش یازده بیش از 7/3 برابر نسبت به حالت مستقیم در این میکروکانال مشاهده شد. در آزمایش سوم، بررسی روی میکرولوله های مارپیچی با مقطع دایره برای تعیین ضریب انتقال حرارت و افت فشار انجام شد. از 6 میکرولوله مارپیچی و یک لوله مستقیم، جهت مقایسه استفاده شد. مشاهده شد که در میکرولوله های منحنی با شعاع انحنای بیشتر، ضریب انتقال حرارت افزایش چشمگیری دارد. همچنین با کاهش فاصله بین خم ها، ضریب انتقال حرارت و افت فشار افزایش می یابد. افزایش ضریب انتقال حرارت، با شیب تندتری نسبت به افزایش افت فشار صورت گرفت. برای بررسی میکرولوله های زیگزاگی آزمایش روی یک میکرولوله (با زاویه خم 40 درجه) انجام شد. سایر حالت ها ( 60، 90 و 120درجه) بعداز شبیه سازی و با اطمینان از دقت شبیه-سازی به صورت مدل سازی بررسی شدند. در آرایش زیگزاگی، پارامتر هندسی متغیر زاویه خم بوده و مشاهده شد که کاهش این زاویه منجر به افزایش چشمگیر انتقال حرارت و افت فشار می گردد. به طور کلی، آرایش زیگزاگی عملکرد بهتری نسبت به آرایش با خم های منحنی را داراست. در بین این لوله های زیگراگی نیز میکرولوله با زاویه خم 40 درجه دارای بیشترین بازده می باشد.