فرایند انتقال حرارت به مساحت سطح دیواره بستگی دارد که برای هندسه دایروی با قطر لولهD متناسب است، در حالیکه دبی حجمی سیال عبوری با سطح مقطع سیال متناسب است که بطور خطی با D2 تغییر می‌کند. بنابراین نسبت مساحت دیواره به حجم سیال که معیاری از نسبت گرمای دفع شده توسط کانال مورد نظر به دبی سیال عبوری یا حجم سیال موجود است و در طراحی مبدل‌های حرارتی بخصوص میکرو مبدل‌ها از اهمیت زیادی برخوردار است، با ۱/D تغییر می‌کند. بنابراین با کاهش قطر، نسبت مساحت دیواره به حجم سیال و کارآیی حرارتی مبدل افزایش می‌یابد. بنابراین با کاهش قطر هیدرولیکی کانال، نسبت سطح به حجم آن و در نتیجه کارآیی حرارتی آن افزایش می‌یابد.
( اینجا فقط تکه ای از متن پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )
۳-۲ دسته‌بندی کانال‌ها از لحاظ ابعاد
معیارهای مختلفی برای دسته‌بندی کانال‌ها وجود دارد. همان‌طور که در بخش بعد خواهیم گفت، نتایج برخی تحقیقات حاکی از تغییر رفتار سیال در ابعاد کوچک است. در مورد این‌که آیا این تغییرات اصولاً وجود دارند یا این‌که در صورت وجود برای یک هندسه کانال خاص از چه قطر هیدرولیکی اتفاق می‌افتند، اختلاف وجود دارد، اما آنچه که در مورد آن توافق کلی وجود دارد، عدم تبعیت گاز از شرط عدم لغزش در دیواره کانال در ابعاد خیلی کوچک است. جدول ۳-۱ دسته‌بندی کانال‌ها را از لحاظ ابعاد یا قطر هیدرولیکی نشان می‌دهد که با توجه به نتایج موجود، به نظر می‌رسد محدوده میکروکانال آن بر اساس لغزش سیال انتخاب شده است[۷].
دسته‌بندی انواع کانال از لحاظ قطر هیدرولیکی
| کانال معمولی | mm 3Dh > |
| مینی‌کانال | mm3µm < Dh ≤ ۲۰۰ |
| میکروکانال | µm200µm < Dh ≤ ۱۰ |
| ناحیه انتقال به میکروکانال | µm10µm < Dh ≤ ۱ |
| ناحیه انتقال به نانوکانال | µm1µm < Dh ≤ ۱/۰ |
| نانوکانال | µm1/0Dh ≤ |
۳-۳ اثرات ابعادی در میکروکانال
با توجه به فرضیاتی که در رسیدن به معادلات حاکم بر جریان سیال در کانال‌هایی با ابعاد معمول از آنها استفاده می‌شود، همانند فرض جریان پایا و خواص ثابت سیال، به نظر می‌رسد که با تغییر ابعاد کانال، معادلات برقرار هستند. اما با دقت بیشتر مشاهده خواهد شد که برخی از فرضیات در ابعاد خیلی کوچک برقرار نیستند یا برخی موارد جدید باید درنظر گرفته شوند که بر معادلات حاکم تأثیر خواهند گذاشت. در این قسمت به بررسی اجمالی اثر ترم اتلاف لزجی، که در این پایان‌نامه مورد بررسی قرار گرفته است، بر شرایط فیزیکی جریان پرداخته خواهد شد. برای بررسی مفصل این اثرات می‌توانید به رامیار ]۷[ مراجعه کنید.
اثر ورودی
عدد ناسلت در جریان آرام درون کانال‌ها، تنها برای جریان کاملاً توسعه‌یافته یعنی حالتی که پروفیل سرعت و گرادیان دما بدون تغییر باقی بمانند، ثابت است. در ناحیه ورودی، پروفیل سرعت و دما در حال توسعه می‌باشند و عدد ناسلت تغییر می‌کند. در تئوری کلاسیک دینامیک سیال، دو طول ورودی حائز اهمیت هستند:
۱- طول ورودی هیدرودینامیکی، Lh، که بعد از آن پروفیل سرعت توسعه یافته می‌شود.
۲- طول ورودی دما Lt که بعد از آن پروفیل دما توسعه یافته می‌شود.
هرگاه هیچ‌کدام از پروفیل‌های سرعت و دما توسعه یافته نباشند، گفته می‌شود که جریان به طور همزمان در حال توسعه[۶] است، یعنی جریان در حال توسعه هیدرودینامیکی و گرمایی است.
هرگاه پروفیل سرعت توسعه یافته باشد و پروفیل دما در حال توسعه باشد، جریان را از لحاظ گرمایی در حال توسعه[۷] گویند که در این حالت تنها طول ورودی گرمایی حائز اهمیت است.
| ناحیه توسعه یافته ناحیه بطور همزمان در حال توسعه |
| شکل ناحیه ورودی برای سیالی با Pr>1 [۷] |
حالت در حال توسعه گرمایی در سیال‌های با Pr بسیار زیاد اتفاق می‌افتد. شکل ۳-۱ ناحیه توسعه یافته و نواحی در حال توسعه را نشان می‌دهد. هر دو حالت فوق در مقالات متعدد بررسی شده‌اند و روابط مختلفی برای توزیع عدد ناسلت متوسط و محلی این نوع جریان‌ها استخراج شده است.
برای تعیین عدد ناسلت محلی، همیشه اثر طول ورودی باید در نظر گرفته شود. در مورد عدد ناسلت متوسط، در حالت جریان کاملاً توسعه یافته، این پارامتر مقدار ثابتی به خود می‌گیرد، اما در جریان در حال توسعه، با افزایش عدد رینولدز، افزایش می‌یابد.
برای بررسی اثر طول ورودی از عدد بدون بعد گراتز[۸] استفاده می‌شود.
