خلط وتعزيز نقل الحرارة في القنوات الدقيقة التي تحتوي على ممرات متقاربة ومتباعدة

تمت دراسة تدفق الحرارة ونقلها بشكل كامل في قنوات متكررة متقاربة ومتباعدة مع مقاطع عرضية مستطيلة باستخدام محاكيات الديناميكا الهوائية الحسابية (CFD) لأرقام رينولدز تتراوح من 50 إلى 200. كما تم استخدام تجارب مرئيات تدفق باستخدام شعاع الليزر بمساعدة نموذج شفاف كبير من البلكسي، والذي يعمل كطريقة للتحقق الثانوي من نتائج CFD. تركز التحقيقات CFD على تكوينين رئيسيين من القنوات المتقاربة والمتباعدة، وهما قناة المنحنى الثابت وقناة المنحنى الجيبي. تم إجراء محاكيات نقل الحرارة تحت ظروف درجة حرارة جدار ثابتة باستخدام الماء السائل كوسيلة للتبريد. وقد وجد أن الأداء في نقل الحرارة في القنوات المتقاربة والمتباعدة يعتبر دائماً أفضل بكثير مقارنةً بالقنوات المستقيمة ذات نفس مقاطع العرض المتوسطة؛ في نفس الوقت يمكن أن تكون خسارة الضغط في القنوات المتقاربة والمتباعدة أقل بكثير من تعزيز نقل الحرارة. تم التحقيق بشكل منهجي في تأثيرات نسبة حجم القناة وسعة الملامح المتقاربة والمتباعدة. تظهر النتائج أنه بالنسبة لتدفق ثابت، يتميز نمط التدفق عمومًا بتشكيل زوج من الفوضى المتكررة المتماثلة في الأخاديد القنوية. كما تم تقديم كل من نسبة الحجم المثلى وسعة القناة بدعم من تحليل CFD. تم أيضًا استخدام مرئيات تجريبية للتدفق وتبين أن النتائج التجريبية تتوافق بشكل إيجابي مع نتائج CFD. توضح الدراسة الحالية أن هذه القنوات المتقاربة والمتباعدة لها مزايا بارزة على القنوات المستقيمة. وقد وُجد أن التكوين الأكثر تفوقًا الذي نظر في هذا البحث قد حقق تحسينًا يصل إلى 60% من حيث الأداء الحراري الهيدروليكي الإجمالي مقارنةً بالقنوات الدقيقة ذات الجدران المستقيمة، مما يجعلها مرشحة واعدة للإدماج في أجهزة نقل الحرارة الفعالة.