Thermal and fluid aspects of dual piezoelectric jet pump of double chambers

喷射(流体) 材料科学 努塞尔数 压电 机械工程 机械 电压 有限元法 层流 传热 电气工程 湍流 声学 工程类 物理 热力学 雷诺数
作者
Haider F. Jasim,Muneer A. Ismael
出处
期刊:Applied Thermal Engineering [Elsevier]
卷期号:244: 122698-122698 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.applthermaleng.2024.122698
摘要

The rapid development of electronics has led to a significant reduction in the size of electronic devices, while increasing their power consumption. This has resulted in the need for small-scale thermal management solutions. Piezoelectric pump is one of the efficient devices for local thermal management. This paper presents a novel configuration of a piezoelectric pump, which separates the pump chamber with a rigid wall to create two independent pulsating flows. This configuration aims to reduce eddies within each chamber. Furthermore, the proposed design incorporates two pairs of open-sided channels to guide the pulsating flow towards the hot target. The electrostatics physic of the piezoelectric patches along with energy and momentum equations in three dimensions are manipulating mathematically and solved numerically using the finite element method (FEM) and the Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) technique. The implicit Large Eddy Simulation (iLES) turbulence model is adopted for this purpose. Several parameters, including frequency, voltage, and the radius of the piezoelectric patch are investigated to better understanding their influence on both the zero-net volumetric flow rate and the heat transfer process. The findings indicate that by separating the pump chamber, it becomes feasible to obtain a 3D solution with the iLES using a reasonable mesh size. Nusselt number increases with all the examined parameters, where it enhances by 42.48 % at V = 100 Volt when the pump is switched on compared to natural convection mode. The peak-peak volumetric flowrates rises by 50 % and 350 % when the applied voltage is raised from 50 to 100 Volts and the frequency is raised from 20 to 50.50 kHz, respectively.
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