环形微通道中涉及稀疏效应，粘性耗散和轴向传导效应的瞬态共轭传热
摘要: 考虑稀释，粘性耗散和轴向传导的影响，研究在圆形微通道中的流体动力学显影和热显影层流的瞬态共轭传热。该问题通过基于Patankar（1980）控制体积方法的有限差分法数值求解。动量和能量方程用第一度滑移速度和温度跳跃的边界条件求解。问题取决于四个参数：佩克莱数（Pe），克努森数（Kn），布林克曼数（Br）和壁厚比（drsquo;）。所获得的结果表明，传热特性受这些参数的显著影响，并且在微通道流动中，流体的稀疏效应，粘稠耗散和轴向传导不应忽略。
关键词：共轭传热；微通道；滑动流动；稀疏效应；粘性散失；轴向传导
1. 前言
最近，微型机电系统已经用于不同领域，例如汽车，国防，航空和航天工业，以及生物医学和核能部门。在这些逐步先进的系统中，每单位面积或体积产生的热量增加，并且由于系统更高的温度而导致了严重的问题。为了解决过热问题，已经开发出了在微通道和微管中利用各种流体的换热系统。
微尺度器件的热传递问题在工程应用中起到了关键的作用。具有微尺寸的装置中的热传递机制与宏观尺寸的分析方式不同，并且因此导致一个特殊的问题。在这方面，研究微观和纳米级流动特性是近年来重要的研究领域。
另外，我们还有必要研究在圆形微通道流动的各种流动分析中重要的轴向传导和粘性效应。在微通道中，壁厚度可以与通道高度相当，并且由于雷诺数（Re）和流体内的温度分布影响，流体轴向传导可能非常重要。轴向传导在低佩克特数流量时特别有效[2-4]。
对微通道中的流动和热传热机制进行的理论分析已经变得非常有用，而且由于在微观尺度进行实验研究很困难，使得研究者更喜欢理论研究。过去几十年中，对在各种形状的微通道中的滑动流和对流传热的气体流动已经进行了广泛的研究[5-7]。在关于微型和微管共轭传热和气体流动的文献中的一些研究可以总结如下：
Ccedil;etin等人[4]通过考虑稀释，粘性耗散和轴向传导的影响，在滑动流动状态和恒定表面温度边界条件下研究微管中的Graetz问题。他们的结论是，完全发展的努塞尔数和热入口长度增加了与轴向传导的影响。通过考虑粘性效应，Lelea和Cioabla[8]对微管中的流动和共轭传热进行了数值研究。他们分析了粘性加热对Nu和Po数的影响，并与Br=0的条件相比较。 Rahimi和Mehryar[9]用数值法研究了圆形微通道中的共轭传热问题，包括壁热传导率和壁厚对通道入口和出口区域的Nusselt数的影响。 Aziz和Niedbalski[10]考虑到轴向传导和粘性耗散，针对具有第一和第二滑流边界条件的微通道气流进行了类似的问题研究。他们发现第二度温度跳跃边界条件导致了所有参数的温度增加。 Barletta和Di Schio[3]通过考虑流体侧的轴向传导，在正弦变化的壁热通量的边界条件下研究了稳定和层流强制对流问题。 Barron等人[11,12]使用数值方法来研究微管流动中的Graetz问题，适用于层流和滑流。他们发现热入口长度和努塞尔数随着克努森数增加。 Ameel等人[13]分析研究了一个类似的问题。在恒定热通量边界条件下，还包括温度跳跃作为边界条件，他们的研究表明，随着温度跳跃的增加，努塞尔数随着Knudsen数的增加而减小。 Jeong和Jeong[2]对粘性耗散和微通道流中热传递的轴向传导的影响进行了数值研究。他们发现，当流体被加热时，粘性耗散对传热的影响减小，当流体被冷却时，粘性耗散对于热传递的影响减小。另一方面，他们发现轴向传导增强了加热和冷却情况下的热传递。 Renksizbulut等人[14]同时进行了在恒壁温的矩形微通道中的流动和传热特性的数值研究。他们发现Knudsen数的增加与Nusselt数和摩擦系数的显著降低效应相关，在入口区域尤其如此。 Kabar等人[15]研究了平行板微通道流动中轴向传导和流动稀疏的影响。他们通过在滑动和温度跳跃边界条件下使用有限体积法数值解决了Navier-Stokes和能量方程，并研究了Knudsen数、热导率和壁厚比对热传递的影响。一些涉及流体轴向传热和壁面共轭传热影响的扩展类型的Graetz问题可以在Bilir[16,17]，Bilir和Ates[18]，Darıcı等人[19]和Ates等人[20]的研究中发现。
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