Effetto della scabrezza di parete sulla convezione forzata con dissipazione viscosa in un microcanale rettangolare

La microfluidica è un campo di ricerca con numerose applicazioni in settori come la microelettronica, la biomedicina, la chimica e l’energia. Questa tesi analizza in dettaglio il trasferimento di calore e massa all’interno di microcanali, concentrandosi in particolare sull’influenza della rugosità delle pareti sullo scambio termico. Lo studio si focalizza su flussi completamente sviluppati, sia dal punto di vista idrodinamico che termico, in microcanali rettangolari con superfici rugose di forma casuale. I risultati mostrano che la rugosità tende generalmente a peggiorare le prestazioni di scambio termico rispetto a microcanali lisci. Un elemento chiave dell’analisi è la dissipazione viscosa, un fenomeno che diventa rilevante nella microfluidica a causa degli elevati gradienti di velocità tipici di queste geometrie ridotte. Questo effetto incide sulla distribuzione della temperatura, della pressione e della velocità del flusso, influenzando il numero di Nusselt, che può aumentare o diminuire a seconda delle condizioni al contorno adottate. Sono state considerate tre diverse condizioni al contorno: T, temperatura costante della parete del canale; H1, temperatura uniforme lungo il perimetro del canale e flusso di calore entrante a parete dall’esterno imposto indipendente dalla coordinata assiale; e H2, flusso di calore entrante a parete dall’esterno costante su tutta la parete del canale. Per il campo di velocità è stata imposta la condizione di no-slip, trascurando la rarefazione. Infine, l’analisi statistica condotta per ciascuna configurazione ha restituito i parametri: numero di Poiseuille, numero di Brinkman e numero di Nusselt.