عنوان پایان‌نامه
مدلسازی نودسن کمپرسوربا استفاده از روش شبیه سازی مستقیم مونت کارلو و امکان سنجی تعمیم پدیدیه خزش گرمایی در پمپاژ مایع
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس 2 فنی شماره ثبت: 1867;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 47054
- تاریخ دفاع
- ۱۱ مهر ۱۳۸۷
- دانشجو
- وحید ازاده رنجبر
- استاد راهنما
- سیداحمد نوربخش, مهرداد رئیسی دهکردی
- چکیده
- در این پایان نامه حل عددی جریان های فراتراوش حرارتی (Thermal Transpiration) و خزش حرارتی (Thermal Creep) که از پدیده های جریان های گازی رقیق می باشند، در هندسه های مختلف میکرو، با استفاده از روش شبیه سازی مستقیم مونت کارلو (DSMC) ارائه شده است. برنامه عددی مونت کارلو برای تحلیل جریان های مادون صوت و غیرهمدما در هندسه های پیچیده همانند نودسن کمپرسور، توسط زبان برنامه نویسی فرترن توسعه یافته است. برای ایجاد جریان فراتراوش حرارتی، فشار سیال در ورودی و خروجی برابر قرار داده شده اند و عامل محرک جریان در میکروکانال، گرادیان حرارتی اعمالی بر دیواره های میکروکانال است. بدین ترتیب جریان فراتراوش حرارتی تمامی کانال را فرا گرفته و جریانی از سمت مخزن سرد به سمت مخزن گرم رخ می دهد. با بهره گیری از انواع مختلف بارگذاری حرارتی بر روی دیواره ها به بررسی جریان خزش حرارتی در مخازن مربعی و مستطیلی پرداخته شده است. درحالت اول با اعمال گرادیان حرارتی به دیواره های افقی مخزن جریان خزش حرارتی بر روی دیواره افقی و جریان برگشتی در مرکز مخزن مشاهده می شود. در حالت دوم به امکان پذیری ایجاد جریان بدون اعمال گرادیان حرارتی به دیواره ها، پرداخته شده است. در ادامه جریان خزش حرارتی در میکروکانال و خزش حرارتی معکوس در مخزن اتصال در یک نودسن کمپرسور تک مرحله ای مورد آزمایش قرار داده شد. در حالت پایا جریان خزش حرارتی بر روی دیواره از سمت مخزن سرد به سمت مخزن گرم و جریان برگشتی در مرکز میکروکانال از سمت مخزن گرم به سمت مخزن سرد مشاهده می شود. یکی از نتایج مهم مشاهده شده که پایه و بنیان عملکرد نودسن کمپرسور می باشد افزایش فشار در طول میکروکانال از سمت مخزن سرد به سمت مخزن گرم است. برای تعیین مقدار این افزایش حالات متعددی مورد بررسی قرار گرفته اند بطوریکه تاثیر عدد نودسن(میزان رقیق شدگی) و میزان گرادیان حرارتی اعمالی به دیواره های میکروکانال مشخص شود. در پایان امکان ایجاد جریان در مایعات با استفاده از اعمال گرادیان حرارتی مورد بررسی قرار گرفته است. همانطور که می دانیم روش شبیه سازی ملکولی DSMC تنها برای تحلیل جریان های رقیق گازی قابل استفاده است از این رو برای مطالعه میزان تاثیر گرادیان حرارتی بر ایجاد جریان در مایعات از بسته نرم افزاری COMSOL Multiphysics استفاده شده است. این نرم افزار برای انجام محاسبات از روش اجزا محدود استفاده مینماید.
- Abstract
- The direct simulation Monte Carlo method (DSMC) was applied to simulate the thermal transpiration and thermal creep which are rarefied gas dynamic phenomena. The computational structured DSMC code was developed in FORTRAN language for simulating subsonic and non-isothermal flows in multiple microchannel geometries such as one stage Knudsen compressor. To produce the thermal transpiration flow, pressure was supposed constant and equal in inlet and outlet of the microchannel (Pin=Pout), and wall surface temperature gradient was the only stimulant element creating a flow from cold container to hot one that fill the entire microchannel. By applying various types of thermal loading upon the walls, thermal creep flows in square and rectangular containers were investigated. In the first case, the temperature gradient was imposed to horizontal container walls. Thermal creep flow, occurring closer to the microchannel's walls, and pressure return flow, occurring in the center of container, were studied. In the second case, possibility of gas flows without temperature gradient imposed to walls was investigated. In the following, thermal creep flow, which occurred in the microchannel, and reverse thermal creep flow, which occurred in the connector section, in a single stage Knudsen compressor were examined. Such as that observed at square and rectangular containers, in the steady state, thermal creep flow upon the walls from cold container to hot one and pressure return flow in the center of microchannel from hot container to cold one were observed. Pressure increase along the microchannel from cold container to hot one was one of the important results in this section that is performance basis of the Knudsen compressors. For investigating the effect of the Knudsen number (Kn) and the temperature gradient magnitude on the pressure deference occurring along the microchannel, several simulations were accomplished. Finally, possibility of liquid flows by applying wall surface temperature gradient was investigated. Considering the issue that direct simulation Mont Carlo method is used just for rarefied gas flows, the commercial software package COMSOL Multiphysics 3.3a was applied to study the effect of temperature gradient on the liquid flows in microchannel geometries. This software use finite element method (FEM) for computations.
