مقایسه عملکرد خنک‌کاری در یک میکروکانال با منابع حرارتی گسسته تحت محرک گرادیان فشار و الکترواسمتیکی

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

2 مرکز تحقیقات انرژی‌های نو و ایمنی انرژی دانشگاه گیلان، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

3 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

چکیده

دستگاه‌های الکترونیکی و تجهیزات پیشرفته در حوزه مختلف، بخش‌هایی دارند که تولید گرما یک ویژگی مشترک بین آن‌ها است و گاهی اوقات آن‌قدر شدید است که نیاز به طراحی یک ساختار جدید دارد که بتواند به خنک کردن آن‌ها کمک کند. با این حال، چالش زمانی پیچیده‌تر می‌شود که مقیاس دستگاه در اندازه میکرو یا نانو باشد، جایی که پمپ‌های معمولی با قطعات الکتریکی نمی‌توانند عمل کنند. در مطالعه حاضر با استفاده از میکروپمپ‌های الکترواسمتیک به این مساله پرداخته می‌شود و اثر زاویه‌ی میکروکانال و جاذبه بر نرخ انتقال حرارت بررسی می‌شود. زاویه‌ی میکروکانال در محدوده ۰ تا ۷۵ درجه و عدد گراشف بین ۰ و ۱۰۰ متغیر است. برای درک بهتر، نتایج حاصل از یک جریان تحت گرادیان فشار خالص با یک جریان الکترواسموتیک خالص مقایسه می‌شود، در حالی که نرخ جریان ثابت است. شاخص عملکرد حرارتی برای اندازه‌گیری کارایی الگوهای جریان در هر دو مورد به کار گرفته می‌شود. تغییرات محاسبه شده از حدود %۱۱ تا بیش از %۴۴ متغیر است که نشان می دهد دو عامل افزایش زاویه میکروکانال نسبت به سطح افقی و کاهش عدد گراشف، رفتار مشابهی دارند و بازده حرارتی را افزایش می‌دهند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Upadhya G, Zhou P, Horn J, Goodson K, Munch M (2004) Electro-kinetic microchannel cooling system for servers. Therm Thermomech Phenom Electron Syst 1: 367–371.
[2] Wang X, Cheng C, Wang S, Liu S (2009) Electroosmotic pumps and their applications in microfluidic systems. Microfluid Nanofluidics 6(2): 145–162.
[3] Mukhopadhyay A, Banerjee S, Gupta C (2009) Fully developed hydrodynamic and thermal transport in combined pressure and electrokinetically driven flow in a microchannel with asymmetric boundary conditions. Int J of Heat and Mass Transf 52: 2145–2154.
[4] Kearney D, Hilt T, Pham P (2012) A liquid cooling solution for temperature redistribution in 3D IC architectures. Microelectronics J 43(9): 602–610.
[5] Pramod K, Sen A K (2014) Flow and heat transfer analysis of an electro-osmotic flow micropump for chip cooling. J Electron Packag Trans ASME 136(3): 1–14.
[6] Shamloo A, Merdasi A, Vatankhah P (2016) Numerical simulation of heat transfer in mixed electroosmotic pressure-driven flow in straight microchannels. J Therm Sci Eng Appl 8(2): 1–13.
[7] Al-Rjoub M F, Roy A K, Ganguli S, Banerjee R K (2015) Enhanced heat transfer in a micro-scale heat exchanger using nano-particle laden electro-osmotic flow. Int Commun Heat Mass Transf 68: 228–235.
 
[8] Qaderi A, Jamaati J, Bahiraei M (2019) CFD simulation of combined electroosmotic-pressure driven micro-mixing in a microchannel equipped with triangular hurdle and zeta-potential heterogeneity. Chem Eng Sci 199: 463–477.
[9] Saleel C A, Algahtani A, Badruddin I A, Khan T M Y, Kamangar S, Abdelmohimen M A H (2019) Pressure-driven electro-osmotic flow and mass transport in constricted mixing micro-channels. J Appl Fluid Mech 13(2): 429–441.
[10] Chang F L, Hung Y M (2020) Gravitational effects on electroosmotic flow in micro heat pipes. Int J of Numer Methods for Heat & Fluid Flow 30(2) 535-556.
[11] Najjaran S, Rashidi S, Valipour M S (2020) Heat transfer intensification in microchannel by induced-charge electrokinetic phenomenon: a numerical study. J Therm Anal Calorim 145: 1849–1861.
]12[ حیدری سجاد، حقیقی پشتیری امین، هادیزاده امین، (1400)، شبیه­سازی عددی فرایند خنک­کاری یک میکروکانال شامل نانوسیال ریز قطبی و مجهز به پمپ الکترواسموتیک، ششمین کنفرانس ملی مهندسی مکانیک و هوافضا، تهران. https://civilica.com/doc/1299207
[13] Wang J, Li F (2023) Electroosmotic flow and heat transfer through a polyelectrolyte-grafted microchannel with modulated charged surfaces. Int. J. Heat Mass Trans. 216: 0017-9310.
[14] Saghafian M, Seyedzadeh H, Moradmand A (2023) Numerical simulation of electroosmotic flow in a rectangular microchannel with use of magnetic and electric fields. Scientia Iranica 1026-3098.
[15] Aminossadati S M, Raisi A, Ghasemi B (2011) Effects of magnetic field on nanofluid forced convection in a partially heated microchannel. Int J Non Linear Mech 46(10):1373–1382.
[16] Dutta P, Beskok A (2001) Analytical solution of combined electroosmotic/pressure driven flows in two-dimensional straight channels: finite Debye layer effects. Anal Chem., 73(9): 1979-86.