جریان و انتقال حرارت در ریزمجراهای مستطیلی تحت ‌شار یکنواخت

پیشرفت‌های چشمگیر در زمینه مجتمع سازی مدار‌های الکترونیکی، با احساس نیاز روز افزون به ریزمبدل‌های حرارتی که بتوانند این توان حرارتی بالا را دفع کنند همراه بوده ‌است. همچنین کاربرد وسیع میکرو سيستم‌هاي مکانيکي-الکترونيکي، MEMS، پس از دستیابی به فناوری ساخت این وسایل، نقش و جایگاه بسیار ویژه‌ای برای ریزمجراها فرا روی انسان قرن 21 قرار داده ‌است. از آنجا که در اغلب کاربردها، ابزار میکرو عموما طول کوتاهی دارند بررسی ناحیه ورودی بعنوان ناحیه‌ دارای گرادیان‌های شدید در مقایسه با ناحیه کاملا توسعه یافته، اهمیت دوچندان می‌یابد. از آنجا که اکثر کاربردهای ریزمجراها در محدوده رژیم لغزشی (10-3 ≤ Kn ≤ 10-1) واقع می‌شود، بررسی این رژیم در دهه‌های اخیر بشدت مورد توجه محققین قرار گرفته است. مطالعات تجربی انجام‌ شده در حوزه رژیم لغزشی بخوبی نشان داده است که با اعمال فرض پیوستگی در کل حوزه جریان همراه با شرایط مرزی لغزش سرعت و پرش دما در دیواره‌ها می‌توان رژیم لغزشی را با دقت مناسب شبیه‌سازی کرد. در این رساله توسعه میدان‌های سرعت و دما از یک پروفیل یکنواخت در ورودی تا پروفیل کاملا توسعه یافته در هر دو رژیم لغزشی و غیرلغزشی با استفاده از مختصات عمومی و اعمال روش عددی حجم کنترل، در محدوده وسیعی از نسبت منظری (0.2 ≤ α* ≤ 1) مورد بررسی قرار گرفته است. در میکروجریان‌ها معمولا عدد رینولدز کوچک و از مرتبه یک و یا کمتر می‌باشد. به همین دلیل در این مطالعه عدد رینولدز در محدوده 0.1 ≤ Re ≤ 10 در نظر گرفته شده است. پارامتر‌های کلیدی جریان نظیر ضریب اصطکاک و ضریب انتقال حرارت به تفصیل مورد بحث قرار گرفته است. در ناحیه ورودی با افزایش عدد نودسن کاهش قابل توجهی در مقادیر ضریب اصطکاک و ضریب انتقال حرارت ملاحظه می‌شود. این امر در ناحیه کاملا توسعه یافته نیز همچنان برقرار است. بعنوان مثال با افزایش عدد نودسن از صفر به 1/0 ضریب اصطکاک در ناحیه کاملا توسعه یافته 45% کاهش می‌یابد. در ناحیه کاملا توسعه یافته ضرایب اصطکاک و انتقال حرارت به تغییرات عدد نودسن و هندسه کانال حساس می‌باشند. ضریب اصطکاک با افزایش عدد نودسن و نسبت منظری به طور یکنوا کاهش می‌یابد. اما تغییرات عدد رینولدز تاثیری روی مقادیر کاملا توسعه یافته ضریب اصطکاک ندارد. ضریب انتقال حرارت نیز در این ناحیه دارای حساسیت مشابهی به این تغییرات است. اما این ضریب در رینولدزهای پایین (Re < 1) نسبت به تغییر عدد رینولدز نیز تاثیر می‌پذیرد و با کاهش رینولدز افزایش می‌یابد.