Моделирование гидродинамики и конвективного теплообмена в микроканалах
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2012.5.4.56Ключевые слова:
микроканалы, вычислительная гидродинамика, уравнения Навье-Стокса, метод контрольного объемаАннотация
В данной работе представлены результаты тестирования и адаптация универсального программного CFD пакета SigmaFlow применительно к задачам моделирования изотермических течений и теплообмена жидкостей в микроканалах. Для моделирования тепломассообмена в микроканалах использованы классический методы механики сплошных сред, основанные на решении уравнений Навье-Стокса с граничными условия прилипания на стенках каналов. Проведенные в работе вычислительные эксперименты подтвердили справедливость такого подхода вплоть до размеров каналов порядка 10 мкм. В целом, по результатам проведенного тестирования получено хорошее качественное и количественное согласие с имеющимися экспериментальными данными.
Скачивания
Библиографические ссылки
Karniadakis G., Beskok A., Aluru N. Microflows and nanoflows. – Springer Science+Business Media, Inc., 2005. – Interdisciplinary Applied Mathemathics. – V. 29. – 817 p.
2. Rudyak V.Ya., Minakov A.V., Gavrilov A.A., Dekterev A.A. Application of new numerical algorithm of solving the Navier–Stokes equations for modelling the work of a viscometer of the physical pendulum type // Thermophys. Aeromech. – 2008. – V. 15, N. 2. – P. 333-345. DOI
3. Гаврилов А.А., Минаков А.В., Дектерев А.А., Рудяк В.Я. Численный алгоритм для моделирования ламинарных течений в кольцевом канале с эксцентриситетом // Сиб. журн. индустр. математики. – 2010. – Т. 13, № 4. – C. 3-14.
4. Гаврилов А.А., Минаков А.В., Дектерев А.А., Рудяк В.Я. Численный алгоритм для моделирования установившихся ламинарных течений неньютоновских жидкостей в кольцевом зазоре с эксцентриситетом // ЖВТ. – 2012. – Т. 17, № 1. – С. 44-56.
5. Menter F.R. Zonal two equation turbulence models for aerodynamic flows // AIAA 24th Fluid Dynamic Conference, Orlando, Florida, July 6-9, 1993. – AIAA 93-2906.
6. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 152 с.
7. Быстров Ю.А., Исаев С.А., Кудрявцев Н.А., Леонтьев А.И. Численное моделирование вихревой интенсификации теплообмена в пакетах труб. – СПб.: Судостроение, 2005. – 392 с.
8. Ferziger J.H., Peric M. Computational methods for fluid dynamics. – Berlin: Springer Verlag, 2002. – 423 p.
9. Leonard B.P. A stable and accurate convective modelling procedure based on quadratic upstream interpolation // Comput. Method Appl. M. – 1979. – V. 19, N. 1. – P. 59-98. DOI
10. Рхи С.М., Чоу У.Л. Численный расчет турбулентного обтекания профиля с отрывом у задней кромки // Аэрокосмическая техника. – 1984. – Т. 2, № 7. – С. 33-43.
11. Trottenberg U., Oosterlee C.W., Schüller A. Multigrid. – Academic Press, 2001. – 631 p.
12. Бильский А.В., Минаков А.В., Ягодницына А.А. Экспериментальное и численное исследование режимов течения и процессов перемешивания в микромиксере Т-типа // Доклады IV Всероссийской конференции «Фундаментальные основы МЭМС- и нанотехнологий», Новосибирск, 6-8 июня, 2012. – Вып. 4. – С. 81-86.
13. Judy J., Maynes D., Webb B.W. Characterization of frictional pressure drop for liquid flows through microchannels // Int. J. Heat Mass Tran. – 2002. – V. 45, N. 17. – P. 3477-3489. DOI
14. Hwang Yu.W., Kim M.S. The pressure drop in microtubes and the correlation development // Int. J. Heat Mass Tran. – 2006. – V. 49, N. 11-12. – P. 1804-1812. DOI
15. Liu D., Garimella S.V. Investigation of liquid flow in microchannels // J. Thermophys. Heat Tr. – 2004. – V. 18, N. 1. – P. 65-72. DOI
16. Xu B., Wong T.N., Nguyen N.-T., Che Z., Chai J.C.K. Thermal mixing of two miscible fluids in a T-shaped microchannel // Biomicrofluidics. – 2010. – V. 4, N. 4. – 044102. DOI
17. Gaurav Agarwal, Manoj Ku. Moharana, Khandekar Sameer Thermo-hydrodynamics of developing flow in a rectangular mini-channel array // Proc. of the 9th International and 20th National ISHMT-ASME Heat and Mass Transfer Conference, Mumbai, India, 4-6 January, 2010. – P. 1342-1349.
###
Karniadakis G., Beskok A., Aluru N. Microflows and nanoflows. - Springer Science+Business Media, Inc., 2005. - Interdisciplinary Applied Mathemathics. - V. 29. - 817 p.
2. Rudyak V.Ya., Minakov A.V., Gavrilov A.A., Dekterev A.A. Application of new numerical algorithm of solving the Navier-Stokes equations for modelling the work of a viscometer of the physical pendulum type // Thermophys. Aeromech. - 2008. - V. 15, N. 2. - P. 333-345. DOI
3. Gavrilov A.A., Minakov A.V., Dekterev A.A., Rudak V.A. Cislennyj algoritm dla modelirovania laminarnyh tecenij v kol’cevom kanale s ekscentrisitetom // Sib. zurn. industr. matematiki. - 2010. - T. 13, No 4. - C. 3-14.
4. Gavrilov A.A., Minakov A.V., Dekterev A.A., Rudak V.A. Cislennyj algoritm dla modelirovania ustanovivsihsa laminarnyh tecenij nen’utonovskih zidkostej v kol’cevom zazore s ekscentrisitetom // ZVT. - 2012. - T. 17, No 1. - S. 44-56.
5. Menter F.R. Zonal two equation turbulence models for aerodynamic flows // AIAA 24th Fluid Dynamic Conference, Orlando, Florida, July 6-9, 1993. - AIAA 93-2906.
6. Patankar S. Cislennye metody resenia zadac teploobmena i dinamiki zidkosti. - M.: Energoatomizdat, 1984. - 152 s.
7. Bystrov U.A., Isaev S.A., Kudravcev N.A., Leont’ev A.I. Cislennoe modelirovanie vihrevoj intensifikacii teploobmena v paketah trub. - SPb.: Sudostroenie, 2005. - 392 s.
8. Ferziger J.H., Peric M. Computational methods for fluid dynamics. - Berlin: Springer Verlag, 2002. - 423 p.
9. Leonard B.P. A stable and accurate convective modelling procedure based on quadratic upstream interpolation // Comput. Method Appl. M. - 1979. - V. 19, N. 1. - P. 59-98. DOI
10. Rhi S.M., Cou U.L. Cislennyj rascet turbulentnogo obtekania profila s otryvom u zadnej kromki // Aerokosmiceskaa tehnika. - 1984. - T. 2, No 7. - S. 33-43.
11. Trottenberg U., Oosterlee C.W., Schuller A. Multigrid. - Academic Press, 2001. - 631 p.
12. Bil’skij A.V., Minakov A.V., Agodnicyna A.A. Eksperimental’noe i cislennoe issledovanie rezimov tecenia i processov peremesivania v mikromiksere T-tipa // Doklady IV Vserossijskoj konferencii <>, Novosibirsk, 6-8 iuna, 2012. - Vyp. 4. - S. 81-86.
13. Judy J., Maynes D., Webb B.W. Characterization of frictional pressure drop for liquid flows through microchannels // Int. J. Heat Mass Tran. - 2002. - V. 45, N. 17. - P. 3477-3489. DOI
14. Hwang Yu.W., Kim M.S. The pressure drop in microtubes and the correlation development // Int. J. Heat Mass Tran. - 2006. - V. 49, N. 11-12. - P. 1804-1812. DOI
15. Liu D., Garimella S.V. Investigation of liquid flow in microchannels // J. Thermophys. Heat Tr. - 2004. - V. 18, N. 1. - P. 65-72. DOI
16. Xu B., Wong T.N., Nguyen N.-T., Che Z., Chai J.C.K. Thermal mixing of two miscible fluids in a T-shaped microchannel // Biomicrofluidics. - 2010. - V. 4, N. 4. - 044102. DOI
17. Gaurav Agarwal, Manoj Ku. Moharana, Khandekar Sameer Thermo-hydrodynamics of developing flow in a rectangular mini-channel array // Proc. of the 9th International and 20th National ISHMT-ASME Heat and Mass Transfer Conference, Mumbai, India, 4-6 January, 2010. - P. 1342-1349.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2012 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
