بررسی اثرات آب‌گریزی سطح بر انتقال حرارت کانال‌های فرا آب‌گریز

وجود میکروساختارهای آب‌گریز حاوی بسته‌های هوایی در داخل میکروکانال‌ها، اگرچه میزان افت فشار را در داخل کانال کاهش می‌دهند ولی بدلیل پایین بودن هدایت حرارتی هوا، عملکرد حرارتی کانال را مختل می‌کند. در تحقیق حاضر ساختار جدیدی برای یک میکروکانال حاوی میکروساختارهای آب‌گریز پیشنهاد شده است، به طوری که ساختارهای سطحی در یک طرف کانال بوده و انتقال حرارت از سمتی از کانال صورت می‌پذیرد که دارای این میکروساختارها نباشد. نتایج تحقیق نشان می‌دهد که در مقایسه با کانال صاف میزان عدد ناسلت به مقدار اندکی بر روی دیواره حاوی انتقال حرارت کاهش پیدا کرده است. با این حال ضریب عملکرد کانال که توامان اثرات حرارتی و هیدرودینامیکی را در نظر می‌گیرد برای میکروکانال جدید افزایش پیدا کرده است، بطوریکه ضریب عملکرد به ازای اعداد رینولدز 140 تا 535 و به ازای شرایط مرزی دمای دیواره ثابت و شار ثابت، بزرگتر از 1 می‌باشد. همچنین، در این تحقیق یک حالت حدی که در آن حرارت دیواره‌ بالایی به طور کامل به سیال داخل میکروکانال نفوذ کرده باشد، مورد بررسی قرار گرفته است. در این حالت فرض شده است که کل سیال داخل کانال به شکل هم دما با دیواره بالایی باشد. در این حالت افت فشار کانال آب‌گریز نسبت به کانال صاف بسیار قابل توجه‌تر بوده است. همچنین با افزایش دمای ناحیه محاسباتی از 293/15 به 313/15 کلوین، برای کانال فرا آب‌گریز، افت فشار به میزان 33/7% کاهش می‌یابد.

investigation of the effect of hydrophobicity on the heat transfer performance of superhydrophobic channels

the presence of hydrophobic microstructures containing air pockets inside microchannels, while reducing the pressure drop within the channel, disrupts the thermal performance of the channel due to the low thermal conductivity of air. in the present study, a new structure is proposed for a microchannel containing hydrophobic microstructures, where the surface structures are located on one side of the channel, and heat transfer occurs from the side of the channel that does not contain these microstructures. the results of the study show that, compared to a smooth channel, the nusselt number slightly decreases on the heat transfer wall. however, the channel s performance parameter, which simultaneously considers thermal and hydrodynamic effects, has increased for the new microchannel. specifically, the performance parameter is greater than 1 for reynolds numbers ranging from 140 to 535 and under both constant wall temperature and constant heat flux boundary conditions. additionally, a limiting case has been investigated in which the heat from the upper wall fully penetrates the fluid inside the microchannel. in this case, it is assumed that the entire fluid inside the channel is isothermal with the upper wall. under these conditions, the pressure drop in the hydrophobic channel is significantly higher than in the smooth channel. furthermore, by increasing the computational domain temperature from 293.15 k to 313.15 k, the pressure drop in the superhydrophobic channel decreases by 7.33%.