تحلیل جریان و انتقال حرارت در میکروکانال‏ ذوزنقه ای جاذب حرارت به کمک تئوری ساختاری

پیشرفت های علمی و نیاز روز افزون به طراحی و ساخت قطعات با ابعاد کوچک تر و کارایی بیشتر، در طول چند دهه اخیر یک تغییر جهت عمومی در سطح جهانی در تحقیقات و تکنولوژی و صنعت را به سمت استفاده از قطعات دارای ابعاد کوچک در حد میکرو و نانو را فراهم آورده است. این قطعات برای استفاده در زمینه های متعدد از جمله الکترونیک و خنک کاری مدارهای به کار رفته در کامپیوتر و سیستم های الکترومکانیکی طراحی و ساخته شده اند. از آن جایی که عملکرد این تجهیزات رابطه مستقیمی با دما دارد، نگه داشتن آن‏ها در سطح دمای مطمئن بسیار مهم است. روش های گوناگونی برای بهبود فرایند خنک کاری سیستم های الکترونیکی با تولید شار حرارتی بالا و اندازه فشرده پیشنهاد شده است. از میان این روش ها، میکروکانال جاذب حرارت به علت ضریب انتقال حرارت بالا و نیاز به ماده مبرد کم توجه بیشتری را به خود جلب کرده است. در بهینه سازی ویژگی های هندسی میکروکانال‏ها از الگوریتم‏ها و روش‏های مختلفی استفاده می‏شود؛ یکی از این روش‏ها، تئوری ساختاری می‏باشد. در این پروژه در بخش اول و دوم، مختصری از تئوری ساختاری و دیدگاه آن در بهینه سازی سیستم های زیستی و همچنین کاربرد آن در میکروکانال ها و تجهیزات پیشرفت? ساخته شده توسط بشر سخن به میان آمده است. در بخش سوم انداز? بهینه میکرو کانال های ذوزنقه ای با زاویه گوشه 30، 45، 60 و 75 درجه به صورت تحلیلی به نحوی تعیین شده است که چیدمان میکروکانال های ذوزنقه ای در کنار هم بیشترین انتقال حرارت را در واحد حجم داشته باشد و نتایج تحلیلی با حل عددی مورد مقایسه قرار گرفت. همچنین نتایج نشان داده اند که به ازای یک افت فشار ثابت، میکروکانال با زاویه گوشه 75 درجه در حالت بهینه، بیشترین انتقال حرارت در واحد حجم را دارد. همچنین با کاهش زاویه گوش? سطح مقطع ذوزنقه ای انتقال حرارت بدون بعد در واحد حجم نیز کاهش می یابد.در بخش چهارم، میکروکانال های جاذب حرارت ذوزنقه ای را به صورت هندسی بهینه نموده تا رسانش گرمایی آن به بیشترین مقدار ممکن برسد. سپس میکروکانال‏های جاذب حرارت ذکر شده در حالت بهینه با هم مقایسه شدند. نتایج نشان داده اند که برای میکروکانال های ذوزنقه ای جزء کسری از جامد وجود دارد که به ازای آن ماکزیمم دما مینیمم خواهد شد. همچنین با توجه به پارامترها و قیود در نظر گرفته شده برای بهینه سازی میکروکانال های مورد بررسی در این پژوهش، با افزایش زاویه گوشه میکروکانال ذوزنقه ای عملکرد آن بهتر می شود. در انتها، اثر درجات آزادی بر هندسه بهینه میکروکانال ذوزنقه ای مورد بررسی قرار گرفت به نحوی که با تغییر هندسه داخلی میکروکانال جاذب حرارت دمای ماکزیمم کانال به کمتربن مقدار ممکن برسد. تغییر درجات آزادی داخلی نیز مانند سایر درجات آزادی اثر مهمی بر دمای ماکزیمم میکروکانال جاذب حرارت دارد، دمای ماکزیمم مینیمم شده برای میکروکانال جاذب حرارت بهینه شده با سه درجه آزادی 10% کمتر از دمای ماکزیمم مینیمم شده میکروکانال جاذب حرارت با دو درجه آزادی متغیر می باشد.