آنالیز حرارتی طرح های ساختاری خنک کننده اجسام گرماده

افزایش نرخ تولید حرارت در قطعات الکترونیکی که روز به روز کوچکتر می شوند، مهندسان را بر آن داشته تا روش های جدیدی برای خنک کاری مناسب این سیستم ها به کار گیرند. یک راه حل برای حذف افت فشار زیاد در میکروکانال های حاوی سیال، استفاده از تیغه های بسیار رسانا برای هدایت گرمای تولید شده به خارج از سیستم است. اما سوال مهم این است که چگونه مقدار محدودی از ماده رسانای گرما را در حجم گرماده معینی توزیع کنیم تا بهترین عملکرد را داشته باشد؟ به آن دسته از شبکه های خنک کننده ای که ساختار و هندسه آنها با استفاده از بهینه سازی جریان و با توجه به قید های موجود به دست آمده، طرح های ساختاری گفته می شود. اگرچه مطالعات بسیاری در رابطه با شبکه های خنک کن رسانشی از سال 1997 تاکنون انجام شده، اما همچنان ابهامات و کمبود های زیادی در رابطه با آنالیز و طراحی حرارتی این ساختارها وجود دارد. روش های تحلیلی موجود تنها برای دسته خاصی از هندسه ها ارائه شده و نتایج حل های عددی برای هندسه های خاص را نیز نمی توان به دیگر ساختارها تعمیم داد. از این رو، هدف پایان نامه حاضر ارائه رهیافتی جامع برای آنالیز، طراحی و بهینه سازی طرح های ساختاری با هندسه دلخواه است. در ابتدا، یک روش کلی و قدرتمند برای محاسبه مقاومت حرارتی شبکه های خنک کن رسانشی و همرفتی تدوین شده است. اساس فرمول بندی این روش، حل تحلیلی افت دما در یک تیغه رسانا است که حرارت تولید شده در یک حجم با شکل دلخواه را هدایت می کند. سپس مقاومت حرارتی تیغه در حالت کلی به فرم معمول و رایج مقاومت حرارتی یک بعدی نوشته می شود با این تفاوت که در آن از یک طول موثر استفاده شده که بیانگر هندسه حجم گرماده است. به این ترتیب مقاومت حرارتی کل شبکه را می توان با در نظر گرفتن اثر همه مقاومت های موجود بدست آورد. در ادامه، توزیع بهینه ماده رسانا در یک شبکه کلی و با ساختار دلخواه به صورت تحلیلی محاسبه شده است. این حل ضخامت بهینه هر تیغه را به صورت صریح و با یک عبارت ساده که فقط تابع هندسه احجام گرماده است ارائه می کند. همچنین نشان داده شده است که نتایج استفاده از روش حاضر برای آنالیز و بهینه سازی شبکه ها و ساختار های متنوع و گوناگون با حل های تحلیلی و عددی موجود کاملاً سازگار است. در پایان با توجه به مفاهیم برگرفته شده از روش حاضر، طراحی های مهندسی با عملکرد بهتر پیشنهاد شده است. این نتایج نشان می دهد که تغییرات ساده اما هوشمندانه در یک طرح می تواند باعث بهبود قابل ملاحظه در عملکرد یک سیستم شود به شرطی که طراح از دانش عمیق در رابطه با پارامترهای موثر بهره مند باشد.