دستاورد محقق ایرانی دانشگاه ویلانوا در زمینه سیستم‌های خنک‌کننده

دانشمندان دانشگاه ویلانوا در آمریکا به رهبری محقق ایرانی از شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای برای کشف فیزیک منحصربه‌فرد تاثیر قطرات اتمی شده بر روی سطوح خشک در سطح میکروسکوپی استفاده کردند.

کد خبر: ۱۶۴۹۴۷

تاریخ: ۲۵ تير ۱۳۹۶ - ۱۰:۳۷

به گزارش ایران اکونومیست  به نقل از ساینس‌دیلی، این دستاورد علمی درک تیم‌های تحقیقاتی از خنک‌سازی افشانه‌ای(Spray cooling)، چاپ با جوهرافشان و پوشش رنگ را ارتقا خواهد داد.

خنک‌سازی افشانه‌ای یکی از نویدبخش‌ترین شیوه‌ها برای خنک کردن ابزار الکترونیکی دارای جریان حرارت زیاد است. این سیستم‌های خنک کننده از آب یا روغن برای خنک‌ کردن سامانه‌های مختلف از موتورهای معمولی گرفته تا شتاب‌دهنده‌ها استفاده می‌کنند.

خنک‌سازی افشانه‌ای دوفازی، به ویژه برای خنک‌کردن جریان‌های حرارتی به کار می‌رود که با استفاه از شیوه‌های خنک‌سازی معمولی قابل خنک شدن نیستند. فیزیک پیچیده خنک‌سازی افشانه‌ای دو فازی، همواره نیازمند درک عمیقی بوده و در این روش، قطرات کوچک با استفاده از یک فاز گازی فشرده‌ شده ثانویه، بسیار کوچک(atomize) می‌شوند.

به منظور مطالعه بیشتر این روش، دانشمندان به رهبری مهسا ابراهیم، دانش‌آموخته دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، و یک محقق دیگر، فیزیک پایه این قطرات را با استفاده از رایانه‌ و همچنین تحلیل‌های آزمایشگاهی بررسی کردند. آنها از رویکردی محاسباتی موسوم به شیوهlattice-Botzmann" " (LBM) برای شبیه‌سازی کردن تاثیر یک میکروقطره بر روی یک سطح خشک بهره بردند.

می‌توان از یافته‌های بدست آمده علاوه بر خنک‌سازی افشانه‌ای برای کاربردهای دیگر از جمله چاپ با استفاده از جوهرافشان، پوشش رنگ و افشانه پلاسما استفاده کرد.

تا پیش از این، بیشتر تحقیقات مبتنی بر مطالعه قطرات میلی‌متری و تاثیر هیدرودینامیک آنها بر روی سطوح جامد خشک پایه‌ریزی شده بود. با این حال، اندازه قطره در  خنک‌سازی افشانه‌ای سه برابر کوچک‌تر از قطرات میلی‌متری است و این بدین معناست که فیزیک پراکندگی مایع و دینامیک برخورد آن‌ها بر روی سطوح خشک می‌تواند تا حد زیادی متفاوت باشد.

برای حل این مشکل، محققان به الگوریتم‌هایLBM  روی آوردند که برای مدل بندی محاسباتی جریان مایع در هندسه‌های پیچیده‌ و مایع‌های چندفازی به کار می‌رود. این الگوریتم همچنین از رویکرد مزوسکوپی بهره می‌برد که گسست بین دینامیک مولکولی میکروسکوپی و مکانیک مایع ماکروسکوپی را پر می‌کند.

در خنک‌سازی دوفازی، قطرات آب یا روغن تحت جریان گازی کوچک‌کننده‌ای موسوم به stagnation jet  بر سطح تاثیر می‌گذارند. قبلا این باور وجود داشت که این جریان گاز در تمامی شرایط برخورد بر پراکندگی قطرات بر روی سطوح تاثیر می‌گذارد؛ با این حال، تیم تحقیقاتی از طریق الگوریتم LBM نشان داد این جریان هیچ تاثیر قابل توجهی بر حالت‌های خاص ندارد و این دستاورد راه را برای تعیین ویژگی‌های سیستم‌های پاششی هموار می‌کند.

دانشمندان همچنین دریافتند فیزیک میکروقطره‌ها متفاوت از ماکروقطره‌هاست و افشانه‌های قطره‌دار دارای کاربردهای بیشتری هستند.

جزئیات این دستاورد علمی درمجله Physics of Fluids  منتشر شد.