Investigación Numérica y Experimental del Efecto de la Geometría de Micro Restricción en los Flujos de Gas a Través de un Micro Orificio
Autores: Aboubakri, Akam; Sadaghiani, Abdolali Khalili; Akgonul, Sarp; Erdomu, Abdullah Berkan; Baki, Murat; Can, Fatih; Sabanovic, Asif; Koar, Ali
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Investigación Numérica y Experimental del Efecto de la Geometría de Micro Restricción en los Flujos de Gas a Través de un Micro Orificio
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Estudio
Distancia de boquilla/aguja
Presión de suministro
Flujo de gas compresible
Micro orificio
Modelos de turbulencia
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Este estudio investiga experimental y numéricamente los efectos de la distancia entre la boquilla y la aguja (espacio libre) y la presión de suministro en el flujo de gas compresible de fase única en un micro orificio con restricción de aguja, que juegan roles importantes en muchas aplicaciones de ingeniería, como el enfriamiento criogénico y el enfriamiento de dispositivos MEMS (sistemas microelectromecánicos). Se utilizó nitrógeno como fluido de trabajo a presiones de suministro que oscilan entre 10 y 50 bares, mientras que el ángulo de inclinación de la aguja cónica era de 15 grados. La distancia entre la boquilla y la aguja (espacio libre) se cambió de 100 um a 500 um. Desde el punto de vista experimental, la carga proporcionada por el fluido de trabajo sobre la aguja se midió mediante un sensor de carga. Para el análisis numérico, se consideraron seis modelos de turbulencia y tres tratamientos de pared en las simulaciones numéricas. El efecto de la micro restricción en flujos de micro-gas a alta presión se evaluó además mediante modelado numérico. Es evidente a partir de los resultados que el modelo de turbulencia utilizado tiene un efecto considerable en los resultados computados. Se encontró que los modelos k-estándar y Spalart-Allmaras no son adecuados para modelar flujos de gas a microescala con restricción. Por otro lado, los modelos k-realizable y k-SST exhiben el mejor rendimiento en la predicción de los resultados.
Descripción
Este estudio investiga experimental y numéricamente los efectos de la distancia entre la boquilla y la aguja (espacio libre) y la presión de suministro en el flujo de gas compresible de fase única en un micro orificio con restricción de aguja, que juegan roles importantes en muchas aplicaciones de ingeniería, como el enfriamiento criogénico y el enfriamiento de dispositivos MEMS (sistemas microelectromecánicos). Se utilizó nitrógeno como fluido de trabajo a presiones de suministro que oscilan entre 10 y 50 bares, mientras que el ángulo de inclinación de la aguja cónica era de 15 grados. La distancia entre la boquilla y la aguja (espacio libre) se cambió de 100 um a 500 um. Desde el punto de vista experimental, la carga proporcionada por el fluido de trabajo sobre la aguja se midió mediante un sensor de carga. Para el análisis numérico, se consideraron seis modelos de turbulencia y tres tratamientos de pared en las simulaciones numéricas. El efecto de la micro restricción en flujos de micro-gas a alta presión se evaluó además mediante modelado numérico. Es evidente a partir de los resultados que el modelo de turbulencia utilizado tiene un efecto considerable en los resultados computados. Se encontró que los modelos k-estándar y Spalart-Allmaras no son adecuados para modelar flujos de gas a microescala con restricción. Por otro lado, los modelos k-realizable y k-SST exhiben el mejor rendimiento en la predicción de los resultados.