تحلیل عددی مرز تمایز زبری سطح و موانع دیواری در جریان آرام فشار- محرک درون ریزمجراهای ناصاف

Abstract

در مقاله حاضر، یک جریان آرام فشار- محرک درون ریزمجرایی متشکل از دو صفحه موازی تخت با دیواره‌های ناصاف شبیه‌سازی شده است. ناصافی‌های دیواره‌ها دارای پروفیل سینوسی به ارتفاع نسبی 15/00≤h/H≤ می‌باشد. هدف اصلی مقاله، تعیین مرز تمایز زبری سطح و موانع دیواری است. معادلات حاکم جریان با استفاده از روش عددی حجم محدود در یک شبکه غیریکنواخت با تعامد حداکثر خطوط شبکه در مجاورت مرزهای ناصاف و در دستگاه مختصات عمومی دو بعدی حل شده‌اند. در اولین گام، ناصافی‌های سطح یک دیواره، به دو دسته "زبری سطح" و "موانع دیواری" تقسیم‌بندی شده است. سپس مرز تمایز زبری سطح از موانع دیواری با به‌کارگیری دو معیار کیفی و کمی تعیین شده است. بر اساس معیار کیفی، هنگامی که ناصافی‌های سطح از نوع زبری سطح است، توزیع فشار در خط مرکزی همانند ریزمجرای کاملاً صاف، خطی است. اما هنگامی که ناصافی‌های سطح از نوع موانع دیواری است، توزیع فشار در خط مرکزی نوسانی است. در معیار کمی، متوسط نیروهای قائم و برشی در مجاورت سطح ناصاف محاسبه و برای مقادیر مختلف ناصافی نسبی با هم مقایسه می‌شوند. بر اساس نتایج، در جریان آرام درون ریزمجراهای تخت ناصاف، اولاً مزر تمایز زبری سطح و موانع دیواری برابر مقدار 042/0 می‌باشد که مستقل از ∆p است. دوماً زبری سطح بر دینامیک جریان مؤثر است و موجب افزایش ضریب اصطکاک و کاهش دبی جریان می‌شود.