پیشینه تحقیق تاریخچه میکروکانالها و روش‌های ساخت آن و  سیالات غیر نیوتنی و نانوسیالات  دارای ۷۴ صفحه می باشد فایل پیشینه تحقیق به صورت ورد  word و قابل ویرایش می باشد. بلافاصله بعد از پرداخت و خرید لینک دنلود فایل نمایش داده می شود و قادر خواهید بود  آن را دانلود و دریافت نمایید . ضمناً لینک دانلود فایل همان لحظه به آدرس ایمیل ثبت شده شما ارسال می گردد.

فهرست مطالب

مقدمه    ۶
۱-۱ میکروکانالها    ۶
۱-۲ تغییر خاصیت رئولوژیکی سیال    ۷
۱-۳ مواد افزودنی به مایعات    ۷
۱-۴ میکروکانالها    ۸
۱-۴-۱ چکیده    ۸
۱-۴-۲ تاریخچه میکروکانالها    ۸
۱-۴-۳ معرفی میکروکانالها    ۹
۱-۴-۴ طبقه‌بندی میکروکانالها و مینیکانالها    ۹
۱-۴-۵ مزایا و چالشهای میکروکانالها    ۱۰
۱-۴-۶ روش‌های ساخت میکروکانالها    ۱۱
۱-۴-۶-۱ فناوری متداول    ۱۳
۱-۴-۶-۱-۱ تغییر شکل میکرو    ۱۳
۱-۴-۶-۱-۲ اره کردن میکرو (برش‌کاری میکرو)    ۱۳
۱-۴-۶-۲ تکنولوژی مدرن    ۱۴
۱-۴-۶-۲-۱ MEMS (سیستم میکرو الکترومکانیک)    ۱۴
۱-۴-۶-۲-۲ ماشین‌کاری میکرو لیزر    ۱۴
۱-۴-۷ جریان تک فاز در میکروکانالها    ۱۴
۱-۴-۸ روابط افت فشار    ۱۵
۱-۴-۹ روابط انتقال حرارت    ۱۷
۱-۴-۹-۱ جریان مغشوش    ۱۷
۱-۴-۱۰ کاربردهای میکروکانالها    ۱۷
۱-۵ سیالات غیر نیوتنی    ۱۸
۱-۵-۱ طبقه‌بندی سیالات غیر نیوتنی    ۱۸
۱-۵-۱-۱ سیالات غیر نیوتنی مستقل از زمان    ۱۹
۱-۵-۱-۲ مدل قاعده توانی    ۲۰
۱-۵-۱-۳ مدل کراس    ۲۱
۱-۵-۱-۴ مدل کارئو    ۲۱
۱-۵-۱-۵ مدل الیس    ۲۲
۱-۵-۱-۶ سیالات غیر نیوتنی تابع زمان    ۲۲
۱-۵-۱-۷ سیالات ویسکوالاستیک    ۲۳
۱-۶ نانوسیالات    ۲۳
۱-۶-۱ مفهوم نانوسیالات    ۲۴
۱-۶-۲ مزایای نهان نانوسیال    ۲۶
۱-۶-۳ تهیه نانوسیال    ۲۸
۱-۶-۴ خواص ترموفیزیکی نانوسیالات    ۲۹
۱-۶-۴-۱ چگالی    ۳۰
۱-۶-۴-۲ گرمای ویژه    ۳۰
۱-۶-۴-۳ لزجت    ۳۰
۱-۶-۴-۴ ضریب هدایت گرمایی    ۳۲
الف- مدل‌های کلاسیک    ۳۳
ب- مدل‌های مبتنی بر حرکت براونی    ۳۴
ج- مدل‌های مبتنی بر پدیده خوشهای شدن    ۳۶
د- مدل‌های مبتنی بر لایه‌بندی مایع    ۳۷
۱-۶-۵ فناوری نانو    ۳۸
۱-۶-۶ تولید نانوذرات    ۳۹
۱-۶-۶-۱ فرآیندهای حالت بخار    ۴۰
الف) فرآیندهای رسوب فیزیکی بخار یا PDV    ۴۰
ب) چگالش گاز خنثی    ۴۰
ج) فرآیند رسوب شیمیایی فاز بخار یا CVD     ۴۱
۱-۶-۶-۲ فرآیند حالت مایع و حالت جامد    ۴۱
۱-۶-۶-۳ تولید نانوذرات با استفاده از روش سیال فوق بحرانی    ۴۲
۱-۶-۷ نانولولهها    ۴۳
۱-۶-۸ انتقال حرارت جابهجایی در نانوسیالات    ۴۳
۱-۶-۸-۱ جابهجایی اجباری در نانوسیالات    ۴۴
۱-۶-۸-۲ مدل‌های ریاضی تعیین ضریب انتقال حرارت جابهجایی نانوسیالات    ۴۵
۱-۶-۸-۳ انتقال حرارت جابهجایی طبیعی    ۴۹
۱-۷ اغتشاش    ۴۹
۱-۷-۱ مقدمه    ۴۹
۱-۷-۲ ویژگیهای جریان اغتشاشی سیالات    ۵۱
۱-۷-۳ مدل‌های اغتشاشی    ۵۲
۱-۷-۳-۱ مدل k-    ۵۲
۱-۷-۳-۲ استفاده از تابع جریان در مدل k- برای اعداد رینولدز بالا    ۵۳
۱-۷-۳-۳ مدل k- در اعداد رینولدز پایین    ۵۴
۱-۷-۳-۴ مدل RNG    ۵۴
۱-۷-۳-۵ مدل k-    ۵۵
۱-۷-۳-۶ مدل تنش رینولدزی (RSM)    ۵۶
۲-مطالعات آزمایشگاهی، عددی و تئوریک    ۵۸
۲-۱ مقدمه    ۵۸
۲-۲ مطالعات آزمایشگاهی    ۵۸
۲-۳ مطالعات تئوریک    ۶۱
۲-۴ مطالعات عددی    ۶۵
منابع ۶۸

منابع

Barkhordari, M., Etemad, S.Gh./ Numerical study of non-newotonian flow and Heat transfer in circular microchannels/Proceeding of the 4^th international conference on computational heat and mass transfer, Paris-Cachan france/

Maxwell, J.C./Electricity and Magnetism/Clarendon Press, Oxford/UK/

Tuckerman, D.B., Pease, R.F./ High performance heat sinking for VLSI/IEEE Electron Letts. EDL/ 1981/ p 126–۱۲۹٫

Suo, M., Griffith, P./ Two-phase flow in capillary tubes/ Basic Eng/ 1964/ p 576–۵۸۲٫

Mehendale, S.S., Jacobi, A.M., Ahah, R.K./ Fluid flow and heat transfer at micro- and meso-scales with application to heat exchanger design/ Mech/ 2000,p 175–۱۹۳٫

Kandlikar, S.G., Garimella, S., Li, D., Colin, S., King, M.R./Heat Transfer and Fluid Flow in Minichannels and Microchannels/ Elsevier/Amsterdam, 2006.

Palm, B./ Proceedings of Heat Transfer and Transport Phenomena in Microchannel/Heat Transfer in Microchannel, Begell House Inc, Banff/ Canada, 2000.

Nguyen, N.T., Werely, S.T./Fundamentals and Applications of Microfluidics/ Artech House/Boston/

Kukowski, R., /MDT- Micro deforamation Technology/ ASME IMECE/ Washington D.C/

Wu, P.Y., Little, W.A. /Measurement of friction factor for the flow of gases in very fine channels used for microminiature Joule Thompson refrigerators/Cryogenics/ 1983/ p 273–۲۷۷٫

Grigull, U., Tratz, H./ Thermischer einlauf in ausgebildeter laminarer rohrströmung/ J. Heat Mass Transf/ 1965/ p 669–۶۷۸٫

Adams, T.M., Abdel-Khalik, S.I., Jeter, M., Qureshi, Z.H./An experimental investigation of singlephase forced convection in microchannels/ J. Heat Mass Transf/ 1997/ p 851–۸۵۷٫

Maxwell, J.C./A Treatise on Electricity and Magnetism/ Clarendon Press/ Oxford/ 1873.

Choi, S.U.S./ Enhancing thermal conductivity of fluid with nanoparticles Development and applications of non-Newtonian flows/ ASME, FED/MD 66/

Pak, B.C., Cho, Y.I./ Hydrodynamic and Heat Transfer Study of Dispersed Fluids with Submicron Metallic Oxide Particles/ Heat Transfer /1998/ p 151-170.

مقدمه

در چند دهه اخیر به‌منظور صرفه‌جویی در مصرف انرژی و مواد اولیه و با در نظر گرفتن مسائل اقتصادی و زیست‌محیطی تلاش­های زیادی برای ساخت دستگاه­های تبادل حرارت پربازده صورت پذیرفته است. هدف اصلی کاهش اندازه مبدل حرارتی موردنیاز برای یک بار حرارتی معین و افزایش ظرفیت مبدل­های حرارتی موجود می­باشد. تقاضای جهانی برای دستگاه­های تبادل حرارتی کارآمد، قابل‌اطمینان و اقتصادی مخصوصا در صنایع فرآیندی، تولید الکتریسیته، سیستم­های سرمایش و تهویه مطبوع، مبدل­های حرارتی، وسایل نقلیه و… به سرعت رو به افزایش است. اگر اصول مربوط به روش­های افزایش انتقال حرارت و طراحی دستگاه­های انتقال حرارت با سطح زیاد به‌خوبی شناخته شوند، امکان صرفه‌جویی در مصرف انرژی و کاهش آلودگی محیط‌زیست میسر خواهد بود. روش­های متعددی برای افزایش انتقال حرارت وجود دارند که به دو دسته کلی تقسیم می­شوند.

روش­های غیرفعال[۱] که نیازی به اعمال نیروی خارجی ندارند.

روش­های فعال[۲] که نیازمند نیرو با توان خارجی می­باشند.

روش­های غیرفعال شامل استفاده از سطوح گسترده، مبدل­های حرارتی فشرده، مجاری با مقطع غیر مدور، افزایش انتقال حرارت گردابه­ای[۳]، تغییر خاصیت رئولوژیکی سیال، میکروکانال­ها، پوشش دهی و پرداخت سطح، استفاده از وسایل جابه‌جاشونده داخل مجرای سیال، استفاده از وسایل چرخاننده جریان، ایجاد انقطاع و شکستگی در جریان، لوله­های مارپیچی، مواد افزودنی به مایعات و گازها هستند. روش­های فعال شامل هم زدن مکانیکی، تراشیدن سطح، سطوح چرخنده، نوسان سطح، نوسان سیال، استفاده از میدان الکتریکی، تزریق و مکش می­باشند. در این مطالعه از روش­های غیرفعال شامل میکروکانال­ها، تغییر خاصیت رئولوژیکی سیال و مواد افزودنی به مایعات برای افزایش انتقال حرارت استفاده خواهد شد.

۱-۱ میکروکانال­ها[۴]

میکروکانال­ها در صنایع و دستگاه­های متفاوتی نظیر سرمایش قطعات الکترونی، مبدل­های حرارتی میکروکانال، سرمایش و روانکاری سیستم­های روباتیک، سیستم­های میکروالکترومکانیکی و میکروراکتورها کاربرد دارند. با کوچک شدن اندازه مجرا، فرض پیوستگی جریان دقت خود را از دست می­دهد ولی برای مقدار معینی از اندازه مجرا این امکان وجود دارد که با اصلاح شرایط مرزی، معادلات ناویر استوکس را به کاربرد. [۱].

۱-۲ تغییر خاصیت رئولوژیکی سیال

یکی از روش­های بسیار مؤثر در افزایش انتقال حرارت تغییر دادن خاصیت رئولوژیکی سیال است. با افزودن موادی خاص به سیالات مختلف می­توان خاصیت رئولوژیکی آن‌ها را از حالت نیوتنی به حالت شبه الاستیک یا ویسکوالاستیک تغییر داد. تغییر خاصیت رئولوژیکی سیال یکی از مهم‌ترین روش­های افزایش انتقال حرارت می­باشد چراکه همزمان با افزایش انتقال حرارت ضریب اصطکاک و درنتیجه افت فشار کاهش می­یابد.

۱-۳ مواد افزودنی به مایعات

افزودن ذرات جامد به‌صورت معلق در سیال پایه یکی از روش­های انتقال حرارت می­باشد. افزایش ضریب هدایت حرارت ایده اصلی در بهبود مشخصه­های انتقال حرارت سیالات است. ازآنجاکه ضریب هدایت حرارتی ذرات جامد معمولا خیلی بالاتر از سیالات می­باشد، انتظار می­رود افزودن این ذرات جامد موجب افزایش ضریب هدایت حرارت سیال پایه شود.

افزایش ضریب هدایتی حرارتی مایعات درنتیجه افزودن ذرات با اندازه میلی‌متر و میکرومتر بیش از ۱۰۰ سال است که شناخته‌شده می­باشد. [۲]. اما استفاده از این ذرات به دلیل مشکلات عملی نظیر ته‌نشین شدن سریع ذرات، ایجاد سایش شدید، افزایش افت فشار و عدم امکان استفاده از آن‌ها در مجاری بسیار ریز، میسر نیست. پیشرفت­های اخیر در فناوری مواد تولید ذرات با اندازه نانومتر (نانومواد) را که ­توان فائق آمدن بر این مشکلات را دارند فراهم آورده است. با پخش کردن این نانومواد در سیال نوع جدیدی از سیال به وجود می­آید که نانوسیال[۵] نامیده می­شوند.

۱-۴ میکروکانال­ها

 ۱-۴-۱ چکیده

تقاضای رو به رشد برای کوچک‌سازی محصولات در تمام بخش‌های صنعتی، با رقابت جهانی برای اطمینان بیشتر، سرعت بیشتر و محصولات مقرون‌به‌صرفه همراه شده است و منجر به چالش‌های جدیدی برای طراحی و بهره­برداری سیستم‌های مدیریت حرارتی شده است. افزایش سریع در تعداد ترانزیستورها بر روی تراشه، با افزایش قابلیت یا قدرت و درنتیجه شار حرارتی بالاتر، یکی از این چالش بزرگ در صنعت الکترونیک است. تکنولوژی­های مبدل حرارت و مبدل جرم میکروکانال در حال پیدا کردن کاربردهای جدید در صنایع گوناگون به‌عنوان یک راه­حل امیدوار­کننده برای تغییر تکنولوژی­ها است. در این راه ما نسل بعدی سیستم‌های مدیریت حرارتی با کارایی بالا را طراحی و راه‌اندازی می­کنیم. در این فصل با اصول میکروکانال­ها برخورد خواهیم کرد. با معرفی تاریخچه، زمینه‌های فنی، طبقه‌بندی، مزایا و معایب میکروکانال­ها شروع می­کنیم. روش ساخت (تکنولوژی متداول و تکنولوژی مدرن) برای میکروکانال­ها در کنار هم در نظر گرفته می­شود. در نهایت، ارتباط افت فشار و ضریب انتقال حرارت برای جریان تک فاز برای انواع شرایط جریان داخلی ارائه خواهد شد.

۱-۴-۲ تاریخچه میکروکانال­­ها

کارهای زیادی برای انتقال حرارت تک فاز در میکروکانال‌ها توسط تاکرمن[۶] و پیز[۷] [۳] برای خنک‌سازی مدارات یکپارچه در مقیاس بسیار بزرگ (VLSI)[8] انجام شد. در سال­های اول تاکرمن و پیز [۳] اولین توضیح را برای بیان مفهوم چاه حرارتی میکروکانال دادند و پیش‌بینی کردند که خنک­کاری جابه‌جایی اجباری تک فاز در میکروکانال‌ها می‌تواند ۱۰۰۰ وات بر مترمربع حرارت را حذف کند. جابه‌جایی اجباری در کانال و تزریق مایع برای خنک کاری سریع‌تر و در مقیاس بزرگ‌تر در صنعت برای چند دهه استفاده شد. انتقال حرارت میکروکانال، در مقایسه با هوای معمولی و مایع سیستم­های سرد دارای ضریب انتقال حرارت بالا، همراه با پتانسیل بالا برای ضریب انتقال حرارت و افت فشار متوسط می­باشد. انتقال حرارت میکروکانال، به پدیده‌ای محبوب و جالب برای پژوهشگران تبدیل شده است. به‌عنوان مثال، برای خنک کاری چاه حرارتی میکروکانال باقدرت بالا با آرایش دیود لیزری حذف شار حرارت ۵۰۰ وات بر مترمربع اثبات شده است. در چند دهه گذشته، مطالعات انجام‌شده روی جریان دو فازی و ویژگی‌های انتقال حرارت در جریان میکروکانال، به توسعه سریع میکرو­دستگاه‌های مورد استفاده برای کاربردهای مهندسی مختلف مانند دستگاه‌های پزشکی، مبدل‌های حرارتی فشرده با شار حرارت بالا، خنک کاری میکروالکترونیک با چگالی قدرت، ابررایانه‌ها، پلاسما و لیزرهای قوی و … منجر شده است.

۱-۴-۳ معرفی میکروکانال­ها

در اغلب موارد خنک­کاری موردنیاز بیش از ۱۰۰ وات بر مترمربع است که به‌راحتی نمی‌توان با سیستم­های ساده خنک­کاری هوا و یا خنک­کاری آب، خنک کاری را انجام داد. در بسیاری از کاربردها، به دلیل دفع شار حرارت بالا از اجزا، چاه حرارتی موردنیاز باید بزرگ‌تر از اجزای خود باشد. بااین‌وجود، نقاط داغ معمولا ظاهر می‌شود و سطوح غیریکنواخت شار حرارت در سطح چاه حرارتی مشاهده می­شود. محققان چاه حرارتی جدیدی را توسعه دادند که می‌تواند به‌طور مستقیم در پشت منبع حرارت برای حذف شار گرمایی یکنواخت جاسازی شود. از قانون سرمایش نیوتن می‌دانیم که برای یک اختلاف دما ثابت، شار گرما به حاصل hA بستگی دارد که در آن h ضریب انتقال حرارت است و A مساحت سطح انتقال حرارت است. بنابراین، در راستای تحقق نیاز به دفع شار حرارت بالا، حاصل hA افزایش می­یابد و ازآنجاکه ضریب انتقال حرارت h به قطر هیدرولیک مرتبط است، افزایش سطح نیز یک گزینه است. سطح انتقال حرارت را می‌توان با استفاده از میکروکانال‌ها در بدنه (سطح تراشه)، محصول افزایش داد. رفتار جریان آب در داخل کانال توسط قطر هیدرولیکی کانال و سطح مقطع کانال تعیین می­­شود. برای دست‌یابی به انتقال حرارت بالا، قطر هیدرولیکی کوچک‌تر و سطح انتقال حرارت بزرگ‌تر کانال ترجیح داده می‌شود، بنابراین کانال‌های متعدد تنگ با عمق بالا مناسب می‌باشد. قطر هیدرولیکی کوچک و سطح مقطع گسترده‌تر باعث افزایش افت فشار و درنتیجه نیاز قدرت پمپاژ بیشتر است. از سوی دیگر، افزایش سطح مقطع سطح گرم، نرخ انتقال حرارت را افزایش می­دهد. این شرایط را می‌توان با نسل آینده میکروکانال‌ها که دارای قطر هیدرولیکی بزرگ‌تر، سطح مقطع بزرگ‌تر و همچنین ضریب انتقال حرارت بالاتر است، تنظیم کرد.

۱-۴-۴ طبقه‌بندی میکروکانال­ها و مینی­کانال­ها

میکروکانال‌ها را به روش‌های مختلف می‌توان طبقه‌بندی کرد. برخی از محققین معیارهای مختلف برای مینی­کانال­ها در مقابل میکروکانال‌ها پیشنهاد کرده‌اند. پالم[۱] [۷] یک تعریف کلی­تر از میکروکانال‌ها ارائه داد که آن‌ها را به‌عنوان المان­های انتقال حرارت توصیف کرد که در آن تئوری­های کلاسیک به‌درستی نمی‌تواند ضریب اصطکاک و انتقال حرارت را پیش‌بینی کند. استفان[۲] یک میکرو سیستم تعریف کرد که در آن پدیده‌های معمول یک سیستم ماکرو وجود ندارد. بنابراین برای تمایز مینی و میکروکانال­ها با قطر خاص مانند قطر هیدرولیکی از ۱ میلی‌متر همیشه مفید نیست، اگرچه این تعریف اغلب استفاده می‌شود.

۱-۴-۵ مزایا و چالش­های میکروکانال­ها

جریان در میکروکانال­ها، در دو دهه گذشته به‌طور گسترده­ای مورد بررسی بوده است این بررسی­ها برای خنک‌سازی مؤثر و سریع­تر دستگاه­های الکترونیکی با چگالی قدرت بالا بوده است. ضریب انتقال حرارت بالای نهفته در میکروکانال­ها، توانایی کاهش اندازه مبدل‌های حرارتی به‌طور قابل‌توجه را دارد. از دیگر مزایای میکروکانال­ها کاهش وزن، حجم کم و کاهش استفاده از مواد می­باشد. کاهش قطر میکروکانالها در بیشتر مبدل‌های حرارتی فشرده باعث افزایش ضریب انتقال حرارت به‌واسطه سطح وسیع‌تر در واحد حجم می‌شود. میکروکانال­ها کاربردهای گسترده عملی در زمینه‌های بسیار تخصصی، ازجمله مهندسی زیست و سیستم­های جریانی میکرو ساخت[۳]، میکروپمپ­ها و میکرولوله­های حرارتی دارند. به‌عنوان مثال، تراکم و وزن پایین میکروکانال­ها، صنعت خودرو را دگرگون کرد. مبدل‌های حرارتی کوچک و میکروکانال­ها، امروز جایگزین لوله­های مدور در کندانسورهای خودرو و مبدل‌های حرارتی با قطر هیدرولیک در حدود ۱ میلی‌متر شده است. اخیرا، میکروکانال­ها با موفقیت در سیستم­های تهویه مطبوع خودرو، سلول‌های سوختی و میکروالکترونیک اعمال‌شده‌اند. چالش اصلی میکروکانال­ها، مشکلات ساخت و فیلتر کردن سیال عامل با درجه بالا، برای آن‌که از طریق کانال‌ها جریان یابد. افت فشار بالا و توان پمپاژ موردنیاز نیز از چالش‌های میکروکانال­ها در نظر گرفته می­شود.

[۱] Palm

[۲] Stefan

[۳] microfabricated fluidic systems

[۱] Passive techniques

[۲] Active techniques

[۳] Vortex heat transfer enhancement

[۴] Micro-channels

[۵] Nanofluid

[۶] Tuckerman

[۷] Pease

[۸] Very large-scale integrated

[۹] Suo

[۱۰] Griffith

تمامی فایل های پیشینه تحقیق و پرسشنامه و مقالات مربوطه به صورت فایل دنلودی می باشند و شما به محض پرداخت آنلاین مبلغ همان لحظه قادر به دریافت فایل خواهید بود. این عملیات کاملاً خودکار بوده و توسط سیستم انجام می پذیرد. جهت پرداخت مبلغ شما به درگاه پرداخت یکی از بانک ها منتقل خواهید شد، برای پرداخت آنلاین از درگاه بانک این بانک ها، حتماً نیاز نیست که شما شماره کارت همان بانک را داشته باشید و بلکه شما میتوانید از طریق همه کارت های عضو شبکه بانکی، مبلغ  را پرداخت نمایید.