Molecular dynamics studies on interface heat transfer control using electric field
Elektrik alan kullanarak arayüzey ısı transferi kontrolü üzerine moleküler dinamik çalışmaları
- Tez No: 631162
- Danışmanlar: PROF. DR. MURAT BARIŞIK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 115
Özet
Yüksek ısı yayılım değerleri olan yeni nesil mikro/nano elektronik cihazların geliştirilmesinin önündeki engel termal yönetim olarak değerlendirilmektedir. Bileşen boyutları nano boyutlara düştüğünde, yüzey/hacim oranındaki artış, arayüzey termal direncinin (ITR) ısı transfer davranışı üzerinde büyük etki yaratmasına yol açar. Mevcut çalışma, ITR'ı moleküler düzeyde karakterize etmeye ve nano-ölçekli sistemler için akıllı termal yönetim kavramlarını keşfetmeye odaklanmaktadır. Sırayla, katı kalınlığının ITR üzerindeki etkisi araştırıldı ve ısıl iletkenlik üzerindeki boyut bağımlılığını yaratan fonon spektrumu değişimi aynı zamanda ITR üzerinde de bir boyut bağımlılığı yarattığı bulundu. Daha sonra, uygulanan homojen ve/veya homojen olmayan elektrik alan ile su ve çeşitli katılar arasındaki ısı transferinin aktif ve lokal manipülasyonu incelendi. Su molekülleri, elektrik alan kaynaklı oryantasyon polarizasyonu ve sıvı dielektroforesize (LDEP) maruz kaldığında, ITR'deki azalma ve termal iletkenlikteki artış nedeniyle ısı transferinde önemli bir artış meydana geldi. Ek olarak, birbiri içine geçen elektrotların (IDE'ler) ısı yayan yüzeye gömüldüğü bir arayüzeye lokalleştirilmiş ısı transferi kontrol tekniği önerildi. IDE'ler, yalnızca elektrot yüzeyinin yakınında bir elektrik alan gradyanı yarattı ve bu katı/sıvı arayüzrey enerjisini artıran ve neredeyse ITR'yi ortadan kaldıran yüzeye yakın su dipolleri üzerindeki LDEP kuvvetlerinin oluşmasıyla sonuçlandı. Son olarak, mevcut ve gelecekteki teknolojilerin termal yönetimi için önemli olan, elektrik alana göre ITR varyasyonunu tanımlamak için yarı ampirik ve teorik ilişkiler geliştirildi.
Özet (Çeviri)
Thermal management is considered as a bottleneck for the development of next generation micro/nano-electronics with high heat dissipation rates. When component sizes decrease to nanoscales, increase in surface to volume ratio leads the interfacial thermal resistance (ITR) to dominate the heat transfer behavior. The current study focuses on characterizing ITR at molecular level and exploring smart thermal management concepts for nano-scale systems. In sequence, the effect of solid thickness on ITR was investigated such that the altered phonon spectrum inside the solid domain creating the size dependency on thermal conductivity was also found to create a size dependency in ITR. Next, an active and local manipulation of heat transfer between water and various solids by an applied uniform and/or non-uniform electric field was examined. When the water molecules underwent electric field induced orientation polarization and liquid dielectrophoresis (LDEP), a substantial increase in heat transfer was developed due to the decrease in ITR and increment in thermal conductivity. Finally, an interface-localized heat transfer control technique was proposed, where interdigitated electrodes (IDEs) were embedded into the heat dissipating surface. IDEs created an electric field gradient exclusively near the electrode surface which resulted in LDEP forces on the water dipoles at near surface region enhancing solid/liquid interface energy and almost eliminating the ITR. We developed semi-empirical and theoretical relations to describe ITR variation by the electric field, which will be important for thermal management of current and future technologies.
Benzer Tezler
- 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
CELAL CAN ÖZEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Makine Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. 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
- Investigations on nanoscale wetting, fluid transport, and droplet evaporation at nanostructured surfaces by molecular dynamics simulations
Nanoyapılı yüzeylerde moleküler dinamik simülasyonları ile nano ölçekli ıslanma, akışkan taşınması ve damlacık buharlaşmasının incelenmesi
EZGİ ŞATIROĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Enerjiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüEnerji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT BARIŞIK
DOÇ. DR. ÜNVER ÖZKOL
- Investigation of mechanical behavior of graphene reinforced aluminum nanocomposites
Grafen ile güçlendirilmiş alüminyum nano kompozitlerin mekanik davranışının araştırılması
NECATİ YASİN GÖKSAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ LEVENT KIRKAYAK
- Erozif yanmanın katı yakıcı-yakıtlı roket motoru performansına etkisinin incelenmesi
A Study of effect of erosive burning to solid propellant rocket motor performance
VELİ ÇELİK
