متن کامل خبر


 
جلسه دفاع از رساله: آقای رضا ربانی، گروه آموزشی تبدیل انرژی

خلاصه خبر: بررسی اثر دیوار بر انتقال حرارت هدایتی گاز در رژیم گذرا درون نانو کانالها با استفاده از روش دینامیک مولکولی

  • عنوان: بررسی اثر دیوار بر انتقال حرارت هدایتی گاز در رژیم گذرا درون نانو کانالها با استفاده از روش دینامیک مولکولی
  • ارائه‌کننده: رضا ربانی
  • استاد راهنما: قاسم حیدری نژاد
  • استاد ناظر داخلی اول: دکتر محمد مهدی هیهات
  • استاد ناظر داخلی دوم: دکتر محمد رضا انصاری
  • نماینده گروه آموزشی: دکتر هادی پاسدار شهری
  • استاد ناظر خارجی اول: دکتر علی رجب پور
  • استاد ناظر خارجی دوم: دکتر فرشاد کوثری
  • استاد مشاور اول: دکتر ابراهیم شیرانی
  • مکان: اتاق 351
  • تاریخ: 1397/03/09
  • ساعت: 10 صبح

چکیده: اثر نیروی دیوار بر ویژگی‌های فرآیند انتقال حرارت گاز آرگون محصور در ابعاد نانو با استفاده از حل سه بعدی دینامیک مولکولی مورد بررسی قرار گرفته است. با استفاده از دیوار گرمایی در دماهای متفاوت، حل غیرتعادلی دینامیک مولکولی در اعداد نودسن مختلف در رژیم جریان گذرا با استفاده از نرم افزار لمپس در سه بخش کلی مورد بررسی قرار گرفته است. در بخش اول، اختلاف دماهای متفاوتی بر دو دیوار کانال با عرض5.4 nm در اعداد نودسن 10، 1 و 0.1 اعمال شده و بررسی نتایج نشان می‌دهد که با افزایش اختلاف دما بین دو دیوار، چگالی گاز در نزدیک دیوار گرم کاهش می‌یابد. در همین حال، افزایش قابل توجه چگالی گاز در مجاورت دیوار سرد مشاهده می‌شود و از آنجا که این تغییرات برابر نیست، چگالی گاز در ناحیه‌ی میانی کانال تغییر می‌کند. تغییرات روی داده در پروفیل چگالی گاز موجب می‌شود که پروفیل دمای بی‌بعد برای اختلاف دماهای مختلف بر هم منطبق نباشند. با استفاده از قانون فوریه و شار حرارتی به دست آمده بر مبنای روش ایروینگ-کرک‌وود، نشان داده شد که مقدار ضریب انتقال حرارت هدایتی موثر تابعی از اختلاف دمای اعمالی به دیوار‌های کانال است و بیشینه اختلاف دمای مجاز بین دیوار‌ها برای محاسبه‌ی این ضریب 50 K می‌باشد. با در نظر گرفتن پروفیل دما و توزیع ضریب انتقال حرارت هدایتی موثر در عرض کانال، مشخص می‌شود که در گاز چگال، مکانیزم انتقال حرارت دیفیوژن غالب است. همچنین در گاز رقیق، مکانیزم انتقال بالستیک در ناحیه‌ی میانی کانال و مکانیزم دیفیوژن در نزدیکی دیوار‌ها مشاهده می‌گردد. در بخش دوم، عدد نودسن گاز با دو مکانیزم مختلف تغییر چگالی گاز و تغییر عرض کانال تغییر کرده و اثر نیروی دیوار بر انتقال حرارت گاز در نودسن‌های مختلف تحت اختلاف دمای 20 K اعمالی به دیوار‌های کانال مورد بررسی قرار گرفته است. مشاهده می‌شود که بدون توجه به ارتفاع کانال و چگالی گاز، نیروی دیوار توزیع دما و چگالی را در فاصله 1 nm از دیوار تحت تاثیر قرار می‌دهد و بیشینه دما و چگالی در گاز در فاصله σ/2 از دیوار مشاهده می‌گردد. با افزایش چگالی گاز در عرض ثابت کانال، اثر نسبی نیروی دیوار بر حرکت اتم‌های گاز و در نتیجه بیشینه چگالی تجربه شده توسط گاز در مجاورت دیوار کاهش می‌یابد. در نتیجه برای یک نودسن مشخص، پرش دمایی در این حالت بیشتر از پرش دمایی در شرایطی است که عدد نودسن با تغییر ارتفاع در چگالی ثابت ایجاد شده باشد. بررسی ضریب انتقال حرارت هدایتی موثر گاز آرگون نشان می‌دهد که مکانیزم تغییر عدد نودسن تاثیری بر مقدار عددی این پارامتر در نودسن‌های مختلف ندارد. بررسی نتایج نشان می‌دهد که مستقل از روش تغییر عدد نودسن، حتی برای کانال‌ها با عرض نزدیک میکرومتر (540 nm)، قسمت قابل توجهی از مقاومت حرارتی کلی گاز، 37%، به دلیل وجود مقاومت حرارتی بین سطحی (گاز و دیوار) و مقاومت حرارتی ناحیه‌ی نیروی دیوار است. به علاوه مشاهده شد که ضریب انتقال حرارت هدایتی موثر محلی در نزدیکی دیوار به شدت به چگالی گاز وابسته است و نیروی دیوار مقدار این ضریب را در مقایسه با مقدار متناظر آن در ناحیه میانی کانال کاهش می‌دهد. در بخش سوم مطالعات، فرآیند انتقال حرارت هدایتی درون گاز آرگون محصور در نانوکانال با دیوارا‌ی نقره با اعمال ترموستات بر لایه‌های محدودی از دیوار مورد بررسی قرار گرفت. دلیل اصلی استفاده از این مدل حذف کردن اثرات غیرفیزیکی احتمالی ترموستات بر میدان حل است. بررسی نتایج نشان داد که برای سیستم آرگون-نقره، مقاومت حرارت مصنوعی بین لایه‌ی ترموستات شده و سایر لایه‌های دیوار بسیار ناچیز بوده به نحوی که پروفیل یکنواخت دما بدون پرش دمایی در سراسر دیوار نقره مشاهده می‌گردد. همچنین در نزدیک دیوار سرد (300 K)، بیشینه مقدار چگالی گاز در حدود 2000 برابر مقدار آن در ناحیه‌ی میانی کانال است که این مقدار در مجاورت دیوار گرم (700 K)، تا 18 کاهش می‌یابد.
کلمات کلیدی: نیروی دیوار، پروفیل دما، پروفیل چگالی، انتقال بالستیک، انتقال دیفیوژن، ضریب انتقال حرارت هدایتی

6 خرداد 1397 / تعداد نمایش : 301