Моделирование гидродинамики и конвективного теплообмена в микроканалах
Автор: Минаков Андрей Викторович, Лобасов Александр Сергеевич, Дектерев Александр Анатольевич
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 4 т.5, 2012 года.
Бесплатный доступ
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.
Микроканалы, вычислительная гидродинамика, уравнения навье-стокса, метод контрольного объема
Короткий адрес: https://sciup.org/14320645
IDR: 14320645 | УДК: 532.5
Simulation of hydrodynamics and convective heat transfer in microchannels
The paper present the results of testing and adaptation of the universal CFD software package SigmaFlow applied to the problems of modeling isothermal fluid flow and heat transfer in microchannels. To simulate heat and mass transfer in microchannels, the classical methods of continuum mechanics based on the solution of the Navier–Stokes equations with slip boundary conditions at channel walls were used. Computational experiments confirmed the validity of the proposed approach for channel dimensions up to . In general, the test results are in good qualitative and quantitative agreement with the experimental data.
Список литературы Моделирование гидродинамики и конвективного теплообмена в микроканалах
- Karniadakis G., Beskok A., Aluru N. Microflows and nanoflows. -Springer Science+Business Media, Inc., 2005. -Interdisciplinary Applied Mathemathics. -V. 29. -817 p.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. -М.: Энергоатомиздат, 1984. -152 с.
- 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.
- Ferziger J.H., Peric M. Computational methods for fluid dynamics. -Berlin: Springer Verlag, 2002. -423 p.
- 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.
- 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.
- Trottenberg U., Oosterlee C.W., Schüller A. Multigrid. -Academic Press, 2001. -631 p.
- 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.
- 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.
- 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.
- Liu D., Garimella S.V. Investigation of liquid flow in microchannels//J. Thermophys. Heat Tr. -2004. -V. 18, N. 1. -P. 65-72.
- 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.
- 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.
