بررسی عددی دما و سرعت گاز در میکروحسگر همگرا تحت تأثیر خزش حرارتی

بهروزی, بهروز; قاسمی, مجید

بررسی عددی دما و سرعت گاز در میکروحسگر همگرا تحت تأثیر خزش حرارتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ مهندسی مکانیک-مهندسی مکانیک-دانشگاه خواحجه نصیر الدین طوسی-تهران-ایران

² دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

چکیده

در سالهای اخیر مطالعات بر روی میکروحسگرهای اکسید فلز برای تشخیص گازها در حال توسعه میباشد. این حسگرها دارای هزینه کمتر، اندازه کوچک‌تر و مصرف توان کمتری نسبت به حسگرهای دیگر میباشند. هدف از این مقاله بررسی عددی تأثیر میکروکانال همگرا بر روی دما و سرعت گاز ورودی تحت تأثیر خزش حرارتی میباشد. معادلات دیفرانسیلی غیرخطی حاکم بر مسئله بقای جرم، مومنتوم، انرژی و
گونهها میباشد که توسط کد تجاری حل شدهاند. از آنجاییکه عدد نادسن بین 001/0 و 1/0 میباشد، از شرایط مرزی لغزش و معادلات ماکسول استفاده شده است. نتایج نشان میدهد هر چه به منبع حرارتی نزدیک میشویم سرعت و دما به بیشینه خود میرسد و در خروجی چون تأثیرات جریان معکوس وجود دارد مقدار سرعت و دما کاهش مییابد. همچنین با افزایش ارتفاع ورودی میکروکانال و همگرایی بیشتر آن سرعت درون میکروکانال ابتدا افزایش و سپس کاهش مییابد و دما ابتدا کاهش و سپس افزایش مییابد.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.23223278.1398.8.2.7.0

عنوان مقاله [English]

Numerical Investigation of Gas Temperature and Velocity at Converging Micro-sensor Under the Influence of Thermal Creeping

نویسنده [English]

behrooz behroozi ¹

¹ mechanical engineering-K.N.Toosi university-Tehran Iran

چکیده [English]

In recent years, research on metal oxide gas micro-sensors has been rapidly developed. These sensors are small in size, low cost in fabrication and consume little power. The purpose of the current study is to numerically investigate converge micro-channel on gas inlet temperature under the influence of thermal creeping. The governing nonlinear differential equations, mass, momentum, energy, and species, are coupled and solved by a commercial code. Since the Knudsen number is between 0.01 and 0.1, the slip boundary condition, Maxwell equation, is utilized. The result shows that flow velocity and temperature increases from the micro-channel inlet to the heat source and decreases from the heat source to the micro-channel outlet. Also as the inlet height and convergence increases, at the first flow velocity increases then decreases. This trend for temperature is reverse of the trend for flow velocity.

کلیدواژه‌ها [English]

: Thermal Creep
Slip Condition
Converge Micro-Channel
Microsensor

مراجع

Kandlikar, S. G., Garimella, S., Li, D., Colin, S., King, M. R., “Heat Transfer and Fluid Flow in Minichannels and Microchannels”, Chennai: Elsevier, pp. 9-86, 2006.##
Ohira, S.I., Toda, K., “Micro gas analyzers for environmental and medical applications”, Analytica Chimica Acta, Vol. 619, No. 1, pp. 143-156, 2008.##
Dittrich, P.S., Tachikawa, K., Manz, A., “Micro total analysis latest advancements and trends”, Analytical Chemistry, Vol. 78, No. 12, pp. 3887–3908, 2006.##
Martini,V., Bernardini, S., Bendahan, M., Aguir, K., Perrier, P., Graur, I., “Microfluidic gas sensor with integrated pumping system”, Sensors and Actuators B, Vol. 170, No. 1, pp. 45– 50, 2012.##
M. Bendahan, J. Gu´erin, R. Boulmani, K. Aguir, “WO3 sensor response according to operating temperature: Experiment and modeling”, Sensors and Actuators B, Vol. 124, No. 1, pp. 24-29, 2007.##
Chang, C.W., Maduraiveeran, G., Xu, J.C., Hunter, G.W., Dutta, P.K., “Design, fabrication, and testing of MEMS-based miniaturized potentiometric nitric oxide sensors”, Sensors and Actuators B, Vol. 204, No. 1, pp. 183–189, 2014.##
Martini, V., Graur, I., Bernardini, S., Aguir, K., Perrier, P., Bendahan, M., “Ammonia detection by a novel Pyrex microsystem based on thermal creep phenomenon”, Sensors and Actuators B, Vol. 192, No. 1, pp. 714–719, 2014.##
V. Varade, V.S. Duryodhan, A. Agrawal, A.M. Pradeep, A. Ebrahimi, E. Roohi, “Low Mach number slip flow through diverging microchannel”, Computers & Fluids, Vol. 111, No.1, pp. 46-61, 2015.##
V.S. Duryodhan, A. Singh, S.G. Singh, A. Agrawal, “Convective heat transfer in diverging and converging microchannels”, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 80, No.1, pp. 424-438, 2015.##
R. Mazooji, A. Raisi, “Effect of Viscous dissipation on gaseous flow heat transfer in a horizontal microchannel with rarefaction and axial conduction”, Modares Mechanical Engineering, Vol. 13, No. 6, pp. 83-95, 2013. (in Persian)##
B. Behroozi, M. Ghassemi, “Effect of Micro-Channel Wall Thickness and Diameter on Inlet Gas Temperature and Velocity under the Influence of Thermal Creeping”, Modares Mechanical Engineering, Vol. 17, No. 4, pp. 154-160, 2017. (in Persianفارسی )##
V. Martini, S. Bernardini, M. Bendahan, K. Aguir, , P. Perrier, I. Graur., “Fabrication and characterization of gas detection microfluidic System”, Procedia Engineering, vol. 5, No. 1, pp. 1188–1191, 2010.##
J.G. Méolans, I.A. Graur, “Continuum analytical modeling of thermal creep”, European Journal of Mechanics B, Vol. 27, No. 6, pp. 785-809, 2008.##
M. Kamvar, M. Ghassemi, “Performance analysis of coplanar single chamber solid oxide fuel cell with oxygen-methane-nitrogen mixture under steady state conditions”, Modares Mechanical Engineering, Vol. 17, No. 1, pp. 31-38, 2017. (in Persianفارسی ).##
Zahmatkesh I., Alishahi M.M., Emdad H., “New velocity-slip and temperature-jump boundary conditions for Navier–Stokes computation of gas mixture flows in microgeometries”, Mechanics Research Communications, Vol. 38, No. 6, pp. 417-424, 2011.##