On the Enhancement of Heat Transfer and Reduction of Entropy Generation by Asymmetric Slip in Pressure-Driven Non-Newtonian Microflows
On the Enhancement of Heat Transfer and Reduction of Entropy Generation by Asymmetric Slip in Pressure-Driven Non-Newtonian Microflows
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压力驱动非牛顿微流中非对称滑移强化传热和降低熵产生
DOI：
10.1115/1.4042157
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发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Christov, Ivan C.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Anand, Vishal;Christov, Ivan C.
我们研究了幂律流体在压力驱动下的微通道流动中的流体力学、传热和熵产生。具体来说，我们解决的效果不对称的滑移边界条件在通道壁。恒定的，均匀的，但不相等的热通量施加在这个热发展流的壁。非对称滑移对速度分布、壁面剪应力、温度分布、Bejan数分布、平均熵产和Nusselt数的影响通过精确解析表达式的数值计算得到。具体地，由于不对称滑移，流体动量通量和热能通量沿具有较大滑移的壁沿着增强，这又将速度最大值的位置移动到更靠近所述壁的偏心位置。不对称滑移也示出重新分配的峰和高原的Bejan数分布在整个微通道，示出了急剧的过渡之间的熵产生由于热传递和由于流体流动在偏离中心线的位置。在非对称滑移的存在下，施加的热通量的差异导致完全不同的Bejan数分布，这取决于哪个壁更热，以及流体是剪切变稀还是剪切变稠。总的来说，滑示出，以促进在速度场和温度场的均匀性，从而减少在这个流的不可逆性。
We study hydrodynamics, heat transfer, and entropy generation in pressure-driven microchannel flow of a power-law fluid. Specifically, we address the effect of asymmetry in the slip boundary condition at the channel walls. Constant, uniform but unequal heat fluxes are imposed at the walls in this thermally developed flow. The effect of asymmetric slip on the velocity profile, on the wall shear stress, on the temperature distribution, on the Bejan number profiles, and on the average entropy generation and the Nusselt number are established through the numerical evaluation of exact analytical expressions derived. Specifically, due to asymmetric slip, the fluid momentum flux and thermal energy flux are enhanced along the wall with larger slip, which, in turn, shifts the location of the velocity's maximum to an off-center location closer to the said wall. Asymmetric slip is also shown to redistribute the peaks and plateaus of the Bejan number profile across the microchannel, showing a sharp transition between entropy generation due to heat transfer and due to fluid flow at an off-center-line location. In the presence of asymmetric slip, the difference in the imposed heat fluxes leads to starkly different Bejan number profiles depending on which wall is hotter, and whether the fluid is shear-thinning or shear-thickening. Overall, slip is shown to promote uniformity in both the velocity field and the temperature field, thereby reducing irreversibility in this flow.
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