Numerical simulation of flow through microchannels of technical equipment with triangular and rectangular elements of roughness

• Autorzy: Kmiotek Małgorzata , Iwan Tomasz

Identyfikatory

DOI

10.15199/160.2021.4.3

Warianty tytułu

PL

Symulacje numeryczne przepływu przez mikrokanały urządzeń technicznych z trójkątnymi i prostokątnymi elementami chropowatości

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents a computational study on an influence of a rough surface on the fluid flow in a microchannel used in various technical microdevices of complex products. Two-dimensional axially symmetrical microchannels with a circular cross-section were considered. The fluid flow were simulated as simple geometric figures, i.e. a triangle and a rectangle with different height h and different distance s between each other. The flow equations were solved with Ansys / Fluent software. A streamline analysis is performed to investigate the flows in the recirculation zone behind the roughness elements. It was found that the friction factor increases with increasing height of rough elements. The coefficient of friction factor is greater for rectangular elements than for triangular elements, and decreases as the geometry of the element changes. Friction factor decreases as the Reynolds number increases. The authors indicate that in the production of microchannels of complex products, it is recommended to use triangular elements to model roughness.

PL

Celem pracy jest określenie wpływu chropowatej powierzchni na przepływ płynu w mikrokanałach stosowanych w różnych mikrourządzeniach technicznych złożonych wyrobów. Rozpatrywano dwuwymiarowy osiowo-symetryczne mikrokanały o przekroju kołowym. Chropowatość została zasymulowana jako proste figury geometryczne tj. trójkąt i prostokąt o różnej wysokości h i różnej odległości s między sobą. Równania przepływowe zostały rozwiązane za pomocą oprogramowania Ansys/Fluent. Przeprowadzana jest analiza linii prądu w celu zbadania przepływów w strefie recyrkulacji za elementami chropowatości. Stwierdzono, że współczynnik tarcia wzrasta wraz ze wzrostem wysokości elementów chropowatych. Współczynnik tarcia jest większy dla elementów prostokątnych niż trójkątnych i zmniejsza się wraz ze zmianą geometrii elementu. Straty tarcia maleją wraz ze wzrostem liczby Reynoldsa. Autorzy wskazują, że w produkcji mikrokanałów złożonych wyrobów do modelowania chropowatości zaleca się używać elementów trójkątnych.

Słowa kluczowe

EN

natural mechanical engineering; roughness; microchannels; Ansys; friction factor

PL

inżynieria mechaniczna; chropowatość; mikrokanały; Ansys; straty tarcia

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej ; Sieć Badawcza Łukasiewicz - Warszawski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Technologia i Automatyzacja Montażu
• Rocznik: 2021
• Tom: nr 4
• Strony: 16--23
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys. kolor., wykr.

Twórcy

autor

Kmiotek Małgorzata

• Department of Aerospace Engineering, Faculty of Mechanical Engineering and Aeronautics, Rzeszów University of Technology

• https://orcid.org/0000-0003-3229-0367

autor

Iwan Tomasz

• Graduate, Faculty of Mechanical Engineering and Aeronautics Rzeszów University of Technology

Bibliografia

• [1] Dai Baomin; Li Minxia & Ma, Yitai. 2014. „Effect of surface roughness on liquid friction and transition characteristics in micro- and mini-channels”. Applied Thermal Engineering 67 (1-2): 283-293. doi:10.1016/j.appltherma-leng.2014.03.028.
• [2] Datta Aparesh et al. 2019. „A review of liquid flow and heat transfer in microchannels with emphasis to electronic cooling”. Sadhana 44 (12) (abenduak 15): 234. doi:10.1007/ s12046-019-1201 -2. http://link.springer.eom/10.1007/ s12046-019-1201-2.
• [3] Kandlikar S. G. 2005. „Roughness effects at microscale - Reassessing Nikuradse’s experiments on liquid flow in rough tubes”. Bulletin of the Polish Academy of Sciences: Technical Sciences 53 (4): 343-349.
• [4] Kandlikar S. G., Dongqing Li, Stephane Colin, Srinivas S. Garimella and M. King. 2006.. Heat Transfer and Fluid Flow in Minichannels and Microchannels. Elsevier., doi: 10.1016/ B978-0-08-044527-4.X5000-2.
• [5] Kmiotek M. & Kucaba-Piętal, A. 2018. „Influence of slim obstacle geometry on the flow and heat transfer in microchannels”. Bulletin of the Polish Academy of Sciences: Technical Sciences 66 (2): 111-118. doi: 10.24425/119064.
• [6] Lalegani Fakhrodin et al. 2018. „Effects of different roughness elements on friction and pressure drop of laminar flow in microchannels”. International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow 28 (7) (uztailak): 1664-1683. doi :10.1108/HFF-04-2017-0140.
• [7] Mohiuddin Mala, Gh. & Li, Dongqing. 1999. „Flow characteristics of water in microtubes”. International Journal of Heat and Fluid Flow 20 (2) (apirilak): 142-148. doi:10.1016/ S0142-727X(98)10043-7.
• [8] Whitehouse, David. 2004. Surfaces and their Measurement. Butterworth-Heinemann.
• [9] Zhang, Chengbin; Chen, Yongping & Shi, Mingheng. 2010. „Effects of roughness elements on laminar flow and heat transfer in microchannels”. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification 49 (11) (azaroak): 1188-1192. doi:10.1016/j.cep.2010.08.022.