Modelling of roughness effects on heat transfer in thermally fully-developed laminar flows through microchannels

努塞尔数 层流 微通道 材料科学 传热 机械 表面光洁度 雷诺数 无量纲量 热力学 物理 复合材料 湍流
作者
Gabriel Gamrat,Michel Favre-Marinet,Stéphane Le Person
出处
期刊:International Journal of Thermal Sciences [Elsevier BV]
卷期号:48 (12): 2203-2214 被引量:40
标识
DOI:10.1016/j.ijthermalsci.2009.04.006
摘要

In this paper, roughness was modelled as a pattern of parallelepipedic elements of height k periodically distributed on the plane walls of a microchannel of height H and of infinite span. Two different approaches were used to predict the influence of roughness on heat transfer in laminar flows through this microchannel. Three-dimensional numerical simulations were conducted in a computational domain based on the wavelength λ. A one-dimensional model (RLM model) was also developed on the basis of a discrete-element approach and the volume averaging technique. The numerical simulations and the rough-layer model agree to show that the Poiseuille number Po and the Nusselt number Nu increase with the relative roughness. The RLM model shows that the roughness effect may be interpreted by using effective roughness heights keff and keffθ for predicting Po and Nu respectively. keff and keffθ depend on two dimensionless local parameters: the porosity of the rough-layer and the roughness height normalized with the distance between the rough elements. The present results show that roughness increases the friction factor more than the heat transfer coefficient (performance evaluation criteria < 1), for a relative roughness height expected in the fabrication of microchannels (k/(H/2) < 0.46) or k/Dh < 0.11).

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