انتقال بهتر حرارت با زبر کردن سطوح
سيستم‌هاي خنک‌کننده که در آنها از تغيير فاز مايع استفاده مي‌شود نقش مهمي در فناوري‌هاي در حال توسعه نظير ميکروچيپ‌هاي پيشرفته يا سيستم‌هاي انرژي خورشيدي ايفا مي‌کنند. اما درک اين مطلب که اين سيستم‌ها چگونه کار مي‌کنند و چه سطوحي انتقال گرما را به حداکثر مي‌رسانند همچنان يک مشکل باقي مانده است.
محققان MIT دريافتند که زبرکردن سطوح در مقياس ميکرومتر مي‌تواند منجر به افزايش انتقال گرمايي آن شود. اين روش نسبت به استفاده از الگوهاي کوچکتر نانومتري پيچيدگي کمتر و ماندگاري بيشتري دارد.
مشکل اساسي اتلاف گرما است. در بسياري از زمينه‌ها از جمله الکترونيک استفاده از يک مايع در حال تغيير فاز- مثل آب جوش- براي انتقال گرما از سطح، براي سال‌هاي متمادي مورد توجه بوده است ولي تاکنون عوامل تعيين‌کننده در اين پديده به‌درستي شناخته نشده‌اند.
|
|
| http://pnu-club.com/imported/2012/08/707.jpg |
| تصاوير SEM از سطوح ميکروساختار سيليکون براي آزمايشات جوش . ابعاد اين ستون‌ها به‌گونه‌اي است که انجام مطالعات منظم درباره اثرات زبري سطح روي جريان بحراني گرما را ممکن مي‌سازد. |
|
تحقيق حاضر استفاده از آب را به‌عنوان خنک‌کننده بررسي مي‌کند. محققان دريافتند علت افزايش انتقال گرما با زبر شدن سطح، افزايش عملکرد مويينگي در سطح است که به نگهداري حبابهاي هوا و اتصال آنها به سطح انتقال گرما کمک مي‌کند و تشکيل لايه بخار را به تاخير مي‌اندازد.
به‌منظور آزمايش اين فرآيند، محققان يک سري از ويفرهاي سيليکوني به ابعاد تمبرهاي پستي با درجات زبري متفاوت از جمله سطوح کاملا صاف جهت مقايسه، ساختند. سپس درجه زبري به‌عنوان نسبتي از مساحت سطحي که در تماس با مايع قرار مي‌گيرد در مقايسه با سطح کاملا صاف اندازه‌گيري شد.
محققان دريافتند که افزايش منظم زبري صرف‌نظر از ابعاد ناهمواري ايجاد شده در سطح، منجر به افزايش نسبي قابليت اتلاف گرما مي‌شود. همچنين، زبر کردن معمولي سطح، انتقال گرما را به اندازه استفاده از فرآيندهاي پيچيده‌تر براي توليد الگوهاي نانومتري سطح، بهبود مي‌بخشد.
محققان علاوه بر مطالعات تجربي، يک مدل تحليلي نيز توسعه دادند که به‌خوبي با نتايج مشاهده‌شده مطابقت مي‌کند. از اين مدل مي‌توان براي بهبود عملکرد سطوح در کاربردهاي ويژه استفاده کرد.
در حالي‌که بيشترين کاربرد اين فرآيند در ابزارهاي الکترونيکي و سيستم‌هاي انرژي خورشيدي است، اصول آن براي کاربرد در سيستم‌هاي بزرگتر از قبيل ديگ‌هاي بخار نيروگاه‌ها، تاسيسات آب شيرين‌کن يا راکتورهاي هسته‌اي يکسان است.
|
