مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تحلیل عدم قطعیت جریان الکترواسموتیک در یک میکروکانال

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد/ دانشکده مهدنسی مکانیک- دانشگاه تهران
2 دانشگاه تهران
چکیده
وجود عدم قطعیت در نتایج تجربی معمولاً به صورت نوار خطا به مقادیر تجربی در منحنیها اضافه میگردد. از آنجا که بخش عمده ای از تفاوت میان نتایج تجربی و عددی، ناشی از وجود عدم قطعیت در پارامترهای ورودی حل عددی است، مقایسه نتایج تجربی و عددی با در نظرگرفتن اثر پارامترهای غیرقطعی معنیدارتر است. جریان الکترواسموتیک ازجمله مواردی است که وجود پارامترهای غیرقطعی مؤثر، بررسی وجود عدم قطعیت را در نتایج شبیهسازی آن ضروری مینماید. در این مطالعه، تحلیل عدم قطعیت جریان الکترواسموتیک در یک میکروکانال تیشکل ارائه ‌شده است. پیش از تحلیل عدم قطعیت، نتایج شبیهسازی عددی با در نظر گرفتن پارامترهای ورودی قطعی با دادههای تجربی مقایسه شده و اعتبارسنجی شبیهسازی عددی صورت گرفته است. در مرحله ی اول تحلیل عدم قطعیت، نمونه برداری به روش ابرمکعب لاتین از پارامترهای غیرقطعی انجام شده است. در مرحله ی بعدی، معادلات جریان الکترواسموتیک برای هر نمونه به روش المان محدود حل شده است. دبی جرمی و میدان سرعت به‌ عنوان توابع هدف انتخاب گردیده و به منظور محاسبه ی مشتق توابع هدف از روش الحاقی استفاده شده است. در مرحله پایانی، عدم قطعیت در توابع هدف به روش مونت کارلو بهبودیافته تعیین شده است. نتایج حاصل از روش الحاقی نشان میدهند که پارامترهای هندسی و لزجت سیال بیشترین و چگالی سیال و دما کمترین تأثیر را بر روی توابع هدف میگذارند. همچنین نتایج شبیهسازی مونت کارلو وجود عدم قطعیت به میزان 22.4% در نتایج دبی جرمی و عدم قطعیت 12.6% به ‌صورت میانگین در میدان سرعت را نشان میدهند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Uncertainty quantification of electroosmotic flow in a microchannel

نویسندگان English

Reza Nouri 1
Mehrdad Raisee 2
1 Master's student/ mechanical engineering student- university of Tehran
چکیده English

Uncertainty at experimental results usually adds to experimental data in the form of error bound. Since uncertainties at input parameters play an important part at the discrepancy between numerical and experimental results, considering uncertain parameters in comparison of numerical and experimental results would be logical. Electroosmotic flow is one of the cases which uncertainty quantification on its numerical simulation is necessary because of the presence of uncertain parameters. In this study, uncertainty quantification of electroosmotic flow in the micro T-channel has been presented. Numerical method was first validated by comparison between numerical simulation results of electroosmotic flow with certain inputs and experimental data. At the first step of uncertainty quantification, sample generation of the uncertain parameters has been performed by Latin hypercube method. At the next step, governing equation of electroosmotic flow has been solved by finite element method for every sample. Mass flow rate and velocity field have been selected as objective functions and adjoint method was employed for calculating the derivatives of them. At the final stage uncertainty quantification has been performed by enhanced Monte Carlo method. Results of the adjoint method show geometry parameters and fluid viscosity as the most effective factors on the results. While temperature and density of fluid demonstrate the least effect on the objective functions. Results of the Monte Carlo method illustrate 22.4% uncertainty for the results of mass flow rate and 12.6% on average for the results of velocities.

کلیدواژه‌ها English

Electroosmotic flow
Adjoint method
uncertainty quantification
Enhanced Monte Carlo method
Sensitivity Analysis