Molecular dynamics studies on heat transfer control between water and silica using nanoscale surface patterns
Su ve silika arasındaki ısı transferinin nano-ölçek yüzey yapıları kullanarak kontrolü üzerine moleküler dinamik çalışmaları
- Tez No: 631148
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MURAT BARIŞIK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 82
Özet
Üretimdeki son gelişmeler nedeniyle, bilgisayar elektroniğinde ve iletişim cihazlarında parça boyutları büyük ölçüde azaldı. Minyatürleşme, bellek ve hesaplama gücünde önemli bir artışa yol açtı, ancak aynı zamanda ısı yayılımı sorunları yarattı. Bu cihazlarda ısı transferini ve sıcaklık dağılımını anlamak ısı yönetimi için çok önemli hale geldi. Nano ölçekte dielektrik malzemeler aracılığıyla ısı transferi çoğunlukla fonon taşınmasıyla belirlenir. Fonon geçişi, sıcaklık sıçramaları yaratan ve nano ölçekte ısı transfer oranlarına hakim olan arayüzler aracılığıyla kesintiye uğrar. Kapitza uzunluğu, arayüzey termal direncini katı-sıvı arayüzündeki sıcaklık sıçramasının bir fonksiyonu olarak karakterize eder. Bu çalışmada, farklı nano ölçekli yüzey yapılarındaki ısı transferi Moleküler Dinamik simulasyonları kullanılarak incelenmiştir. Sistemler, iki paralel silika duvar ve aralarında su ile oluşturuldu. Kapitza uzunluk değerleri, yüksek ve düşük ıslatma koşulları sağlayan iki farklı moleküler yüzey etkileşim kuvveti parametresi ve yedi farklı yüzey koşulu için hesaplanmıştır. Ölçülen Kapitza uzunluk değerleri, boşluk genişliği (w), boşluk yüksekliği (h), birim kristal boşluk hacmi (Vc) temelinde karakterize edildi. Model boşluğu genişliğindeki artış Kapitza uzunluğunu artırırken, artan model boşluğu yüksekliği Kapitza değerini düşürmüştür. Ancak boşluk hacmine dayalı genel bir karakterizasyon elde edilememiştir. Bunun yerine, Ac=Vch/w^2'nin bir fonksiyonu olarak farklı boyut modellerinin Kapitza uzunluğunun varyasyonunda tek düze bir davranış gözlemlendi. Kapitza uzunluğu Ac arttığında yüksek ve düşük ıslatma durumlarında sırasıyla yaklaşık %19 ve %29 azalmıştır. Daha sonra ısı akısının değişimi için benzer karakterizasyonlar yapılmıştır. Genel olarak, ısı akısı, Ac arttığında yüksek ve düşük ıslatma durumları için sırasıyla yaklaşık %20 ve %30 artmıştır. Sonuçlar nano ölçekli yüzey modelleri kullanılarak su ve silika arasındaki ısı transferini daha iyi anlamak ve kontrol etmek için önemlidir.
Özet (Çeviri)
Due to recent advances in manufacturing, component sizes have tremendously decreased in computer electronics and communication devices. Miniaturization has led to a substantial increase in memory and computational power but also created heat dissipation problems. Understanding heat transfer and temperature distribution in these devices became crucial for thermal management. At nanoscale, heat transfer through dielectric materials is mostly determined by phonon transport. The phonon passage is interrupted through the interfaces which creates temperature jumps and dominates the heat transfer rates at nanoscale. Kapitza length characterizes the interfacial thermal resistance as a function of temperature jump at the solid-liquid interface. In this study, heat transfer from different nanoscale surface structures were investigated using Molecular Dynamics simulations. The systems were created by two parallel silica walls and water between them. Kapitza length values were calculated for seven different surface conditions for two different molecular surface interaction strength parameters yielding high and low wetting conditions. Measured Kapitza length values were characterized based on cavity width (w), cavity height (h), and unit crystal cavity volume (Vc). While the increase in pattern cavity width increased Kapitza length, increasing pattern cavity height decreased Kapitza value. However, a general characterization based on cavity volume could not be obtained. Instead, almost a uniform behavior was observed through the variation of Kapitza length of different size patterns as a function of Ac=Vch/w^2. Kapitza length decreased by approximately 19% and 29% for high and low wetting conditions, respectively, when Ac increased. Then, similar characterizations were done for variation of heat flux. Overall, heat flux increased by approximately 20% and 30% for high and low wetting conditions, respectively, when Ac increased. Results are important to better understand and control heat transfer between water and silica using nanoscale surface patterns.
Benzer Tezler
- Molecular dynamics studies on interface heat transfer control using electric field
Elektrik alan kullanarak arayüzey ısı transferi kontrolü üzerine moleküler dinamik çalışmaları
ONUR YENİGÜN
Doktora
İngilizce
2021
Makine Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT BARIŞIK
- Molecular dynamics studies on wetting behavior of silicon surfaces and heat transfercharacteristics of electrolyte solution filled silicon nano-channels
Silikon yüzeylerin ıslatma davranışları ve elektrolit çözeltisi dolu silikon nano-kanalların ısıtransfer özellikleri üzerine moleküler dinamik çalışmaları
ABDULLAH CİHAN ÖZDEMİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Makine Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT BARIŞIK
- Atmosferik sınır tabakanın yüksek mertebe kapama yöntemi ile bir boyutlu modellenmesi
Başlık çevirisi yok
ŞÜKRAN SİBEL MENTEŞ
- Viscosity predictions of fayalite slags by modified quasichemical model and Einstein-Roscoe equation route
Fayalit cüruflarinin viskozitesinin modifiye edilmiş kuasikimyasal model ve Einstein-Roscoe eşitliği kullanılarak modellenmesi
FARUK KAYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CEVAT BORA DERİN
- Crystal structure prediction and ammonia dynamics in strontium ammine complex
Stronsiyum amin kompleksinin kristal yapı tahmini ve amonyak dinamiğinin analizi
MEHMET ÇANKAYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ADEM TEKİN
