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


  1. 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.##
  2. Ohira, S.I., Toda, K., “Micro gas analyzers for environmental and medical applications”, Analytica Chimica Acta, Vol. 619, No. 1, pp. 143-156, 2008.##
  3. Dittrich, P.S., Tachikawa, K., Manz, A., “Micro total analysis latest advancements and trends”, Analytical Chemistry, Vol. 78, No. 12, pp. 3887–3908, 2006.##
  4. 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.##
  5. 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.##
  6. 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.##
  7. 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.##
  8. 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.##
  9. 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.##
  10. 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)##
  11. 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 )##
  12. 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.##
  13. 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.##
  14. 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 ).##
  15. 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.##