عنوان پایان‌نامه
اثر ترکنندگی بر مقاومت حرارتی فصل مشترک : رهیافت دینامیک مولکولی
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2972;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 69165
- تاریخ دفاع
- ۱۰ مرداد ۱۳۹۴
- دانشجو
- آرمین طاهری
- استاد راهنما
- فرشاد کوثری, سید مهدی واعظ علائی
- چکیده
- امروزه با توجه به کوچک شدن روز افزون ابعاد ابزارهای مکانیکی و الکترونیکی، شناخت خواص مختلف مواد در ابعاد میکرو و نانو توجهات زیادی را به خود متوجه ساخته است. با توجه به دما و گرادیان دمای قطعات در تراشه ها، مطالعه ی خواص حرارتی و انتقال حرارت در مقیاس نانو اهمیت ویژه ای یافته است. به طور خاص، مسئله ی انتقال حرارت در فصل مشترک جامد- سیال در طول سالیان اخیر همواره مورد توجه بوده است. در این پایان نامه به کمک شبیه سازی دینامیک مولکولی غیر تعادلی، به بررسی دو عامل موثر بر میزان انتقال حرارت در فصل مشترک جامد- سیال، یعنی ترکنندگی و زبری پرداخته شده است. از پتانسیل لنارد جونز برای تولید دو فاز جامد و مایع استفاده شده است و میزان ترکنندگی با تغییر پارامتر انرژی در این پتانسیل از مقدار 0052/0 تا 103/0 الکترون ولت مدل سازی شده است. با بررسی های صورت گرفته در مورد فصل مشترک های صاف، مشخص شد که با افزایش میزان برهمکنش میان فاز جامد و مایع، میزان مقاومت حرارتی فصل مشترک کاهش و میزان رسانندگی حرارتی فصل مشترک افزایش می یابد. سپس با تحلیل چگالی حالات ارتعاشی اتم های جامد موجود در فصل مشترک، به بررسی دلیل این امر پرداخته شد. اثر ترکنندگی بر فصل مشترک های زبر نیز مورد بررسی قرار گرفت. مشخص شد که در تمام مقادیر برهمکنش، زبری های دارای شکل مربعی دارای مقاومت حرارتی کمتری نسبت به زبری های با شکل مثلثی هستند. همچنین میزان این مقاومت در هر دو شکل زبری، با افزایش زبری کاهش می یابد. سپس به بررسی اثر تغییر نسبت جرم جامد به مایع از مقدار 50/0 تا 00/2 پرداخته شد. مشخص شد که با افزایش این نسبت، مقاومت کاهش می یابد. در نهایت، پدیده ی یکسوسازی مورد مطالعه قرار گرفت. مشخص شد که در نسبت جرم های جامد به مایعِ بالا، یکسوسازی قابل توجه ای، در حدود 50 درصد، در فصل مشترک وجود خواهد داشت. کلمات کلیدی : انتقال حرارت در ابعاد نانو، فصل مشترک جامد – سیال، شبیه سازی دینامیک مولکولی، اثر تر کنندگی، چگالی حالات ارتعاشی، زبری های مربعی و مثلثی، نسبت جرم جامد به سیال، یکسوسازی
- Abstract
- Study of nanoscale thermal transport is getting more and more important, as usage of different nano electro-mechanical systems becomes extended. In this thesis, we use molecular dynamics simulation to study the effects of wetting and shape of nanoscale roughness, on thermal properties of an interface between a solid and a liquid. Lenard- Jones potential is used to produce two different phases, and the wetting ability of the interface is simulated by changing the energy parameter in this potential in the range of 0.0052eV to 0.103eV. Our results show that, in a smooth interface, increase in the wetting ability of the interface will reduce interfacial thermal resistance, which is known as Kapitza resistance. We use vibrational density of states analysis to study the mechanism behind of this decrease. Also, the effect of shape of nanoscale roughness is investigated. The results indicate that, for any strength of interaction between solid and liquid atoms, rectangular roughness has less thermal resistance in comparison with triangular roughness. In both cases, increase in the height of roughness, will cause reduction in Kapitza resistance. Also, we study the effect of mass ratio of solid atoms to liquid atoms on Kapitza resistance. Mass ratio is changed from 0.5 to 2 and, it was observed that increase in the mass ratio will reduce the Kapitza resistance. Finally, we study thermal rectification at the interface. According to our results, in high mass ratio, there is considerable thermal rectification about 50%. Keywords: nanoscale thermal transport, solid-liquid interface, molecular dynamics simulation, wetting ability, vibrational density of states, rectangular and triangular roughness, mass ratio, thermal rectification.
