مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی عددی جریان نوسانی درون یک میکرووالو تسلا

نویسندگان
کاظم محمدزاده 1
محمدرضا قریب 2
مسعود عباسی 3
1 دانشگاه تربیت مدرس
2 گروه مهندسی مکانیک-دانشکده فنی و مهندسی-دانشگاه تربت حیدریه-تربت حیدریه-ایران
3 دانش آموخته دانشگاه تربت حیدریه
چکیده
در پژوهش حاضر به بررسی عددی عملکرد میکرووالو تسلا در شرایط جریان سه‌بعدی و غیردائم پرداخته می‌شود. از متوسط زمانی پارامتر یکسوکنندگی به‌عنوان معیار اصلی برای ارزیابی عملکرد والو استفاده می‌شود. با انجام شبیه‌سازی‌ها و به‌دست آوردن میدان‌های سرعت و فشار درون میکروشیر، تغییرات پارامترهای عملکردی میکروشیر تسلا شامل افت فشار و پارامتر یکسوکنندگی در محدوده فرکانس‌های مختلف تحت اعمال تحریک سینوسی مورد بررسی قرار می گیرد. بررسی‌ها نشان داد که شبیه سازی سه‌بعدی پایا با در نظر گرفتن افت فشار بعد سوم، در تمام محدوده اعداد رینولدز مورد بررسی مقدار پارامتر یکسوکنندگی کمتری را نسبت به شبیه‌سازی دوبعدی پایا به نمایش می‌گذارد. اثرات گذرا بر عملکرد میکرووالو در حالت سه بعدی نیز بررسی شد و مشاهده شد که افت فشار کل در پاسخ حالت غیردائم میکرووالودر هر دو جهت رفت و برگشت از پاسخ حالت دائم آن بیشتر می‌باشد. این نتیجه مهم با نتایج سایر محققین در این زمینه که شبیه‌سازی خود را به صورت دوبعدی انجام داده بودند، هم‌خوانی کیفی داشت. بررسی اثر فرکانس اعمالی بر عملکرد میکرووالو تسلا در اعداد رینولدز مختلف، بخش دیگری از پژوهش حاضر بود. نتایج نشان داد که که عملکرد میکرو والو تسلا در فرکانس‌های پایین‌تر از 100 هرتز مستقل از فرکانس اعمالی بوده در حالی که در فرکانس‌های بالاتر از 100 هرتز عملکرد آن با افزایش فرکانس بهبود می‌باید. در تمامی فرکانس‌ها با افزایش عدد رینولدز، عملکرد میکرووالو بهبود می‌یابد و مقدار یکسوکنندگی آن افزایش می‌یابد.
کلیدواژه‌ها
میکرووالو تسلا
یکسوکنندگی
شبیه سازی سه‌بعدی
جریان غیردائم

عنوان مقاله English

Numerical Investigation of Oscillatory Fluid Flow Through a Tesla Microvalve

نویسندگان English

Kazem Mohammadzadeh 1
Mohammadreza Gharib 2
Masoud Abbasi 3
1 Tarbiat Modares University
2 Faculty of Engineering, University of Torbat heydarieh-Torbat heydarieh, Iran
3 University of torbat heydarieh
چکیده English

In the present research, the performance of a Tesla microvalve has been studied under the unsteady three dimensional flow. The time averaged of diodicity is the main criteria for the evaluation of the performance of the valve. By simulation and obtaining the velocity and pressure fields within microvalve, changes in operating parameters of valve including total pressure drop and diodicity parameter in the range of various frequencies studied under sinusoidal excitation. The results showed that the amount of diodicity in steady three dimensional with consideration of third dimension is lower with respect to steady two dimensional flow at entire of studied range of Reynolds numbers. Transient effects on microvalve performance in three dimensional is also studied. It is observed that total pressure drop of unsteady case is greater than steady case at both of forward and backward directions. This important result is in a qualitative agreement with simulation results of other researchers which are obtained by two dimensional simulations. Investigation of effect of applied frequency on Tesla microvalve performance at different Reynolds number is another part of this study. The results showed that at the frequencies lower than 100Hz, the performance of the Tesla microvalve is independent of the frequency, however at higher frequencies greater than 100HZ, its performance is improved by increasing the frequency. Microvalve performance is improved and diodicity is increased by increasing of Reynolds number at all frequencies.

کلیدواژه‌ها English

Tesla Microvalve
Diodicity
Three-dimensional simulation
unsteady flow
[1] K. Mohammadzadeh, E. M. Kolahdouz, E. Shirani, M. B. Shafii, Numerical study on the effect of the number of stages on the performance of Tesla microvalve and comparison with nozzle/diffuser microvalve, Modares Mechanical Engineering, Vol. 12, No. 6, pp. 124-135, . (in Persian فارسی(
[2] K. Mohammadzadeh, E. M. Kolahdouz, E. Shirani, M. B. Shafii, Numerical Investigation on the effect of the size and number of stages on the Tesla microvalve efficiency, Journal of Mechanics, Vol. 29, No. 3, September 2013, pp. 527 534, 2013.
[3] E. M. Kolahdouz, K. Mohammadzadeh, E. Shirani, Design, simulation and experimental validation of a piezoelectric micropump with modified teslatype valves, 21st Annual International Conference on Mechanical Engineering, School of Mechanical Engineering, Khajeh Nasir Toosi University, Tehran, Iran, 7-9 May, 2013.
[4] C. L. Sun, K. H. Huang, Numerical characterization of the flow rectification of dynamic microdiffusers, Journal of Micromechanics and Microengineering, Vol.16, No. 7, pp. 1331–1339, 2006.
[5] C. T. Wang, T. S. Leu, J. M. Sun, Unsteady analysis of microvalves with no moving parts, Journal of Mechanics, Vol. 23, No. 1, pp. 9-14, 2007.
[6] C. K. Chung, T. R. Shih, B. R. Wu, Simulation of the novel micro-valve using dynamic analysis, Proceedings of the 2009 4th IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems, Shenzhen, China, IEEE, January 5-8, 2009.
[7] S. M. Thompson, B. J. Paudel, T. Jamal, D. K. Walters, Numerical investigation of multistaged tesla valves, ASME Journal of Fluids Engineering 136, no. 8 /081102, pp. 1-9, 2014.
[8] B. Dennai, M. E. B. Belboukhari, T. Chekifi, R. Khelfaoui, Numerical investigation of flow dynamic in mini- channel: Case of a mini diode tesla, Fluid Dynamics & Materials Processing, Vol. 12, No. 1, pp. 102-110, 2016.
[9] Y. Sato, K. Yaji, K. Izui, T. Yamada, S. Nishiwaki, Topology optimization of a no-moving-part valve incorporating Pareto frontier exploration, Structural and Multidisciplinary Optimization, Vol. 56, Issue 4, 839–851, 2017.
[10] F. Forster, R. Bardell, M. Afromowitz, N. Sharma, A. Blanchard, Design, fabrication and testing of fixed-valve micropumps, Proceedings of ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition San Francisco, CA, New York, USA, pp. 39-44, 1995.
[11] F. Forster, B. Williams, Parametric design of fixed-geometry microvalves – the tesser valve, Proceedings of ASME International Mechanical Engineering Congress & Exposition, New Orleans, Louisiana, November 17- 22, pp. 431–437, 2002.
[12] A. Gamboa, C. Morris, F. Forster, Improvements in fixed-valve micropump performance through shape optimization of valves, Journal of Fluids Engineering, Vol. 127, Issue 2, pp. 339–346, 2005.
[13] S. F. de Vries, D. Florea, F. G. A. Homburg, A. J. H. Frijns, Design and operation of a Tesla-type valve for pulsating heat pipes, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 105, pp. 1–11, 2017.
[14] B. J. Paudel, T. Jamal, S. M. Thompson, D. K. Walters, Thermal effects on micro-sized tesla valves, Proceedings of the ASME, 4th Joint US-European Fluids Engineering Division Summer Meeting, FEDSM2014, Chicago, Illinois, USA, pp. 1-8, August 3-7, 2014.
[15] E. M. Kolahdouz, K. Mohammadzadeh, E. Shirani, S. Ziaei-Rad, Performance of piezoelectrically actuated micropump with different driving voltage shapes and frequencies, Journal of Scientia Iranica B, Vol. 21, No. 5, pp. 1635 - 1642, 2014.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 18، شماره 1
فروردین 1397
صفحه 199-210