Geri Dön

Molecular dynamics studies on interface heat transfer control using electric field

Elektrik alan kullanarak arayüzey ısı transferi kontrolü üzerine moleküler dinamik çalışmaları

  1. Tez No: 631162
  2. Yazar: ONUR YENİGÜN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. MURAT BARIŞIK
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2021
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. 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

  1. 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

    İngilizce

    2020

    Makine Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MURAT BARIŞIK

  2. 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

    İngilizce

    2020

    Makine Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MURAT BARIŞIK

  3. 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

    İngilizce

    2021

    Enerjiİzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü

    Enerji Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MURAT BARIŞIK

    DOÇ. DR. ÜNVER ÖZKOL

  4. Investigation of mechanical behavior of graphene reinforced aluminum nanocomposites

    Grafen ile güçlendirilmiş alüminyum nano kompozitlerin mekanik davranışının araştırılması

    NECATİ YASİN GÖKSAL

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ LEVENT KIRKAYAK

  5. 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

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    1989

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    PROF.DR. OĞUZ BORAT