طراحی و بهینه سازی ساختار مجراهای خنک کن در قطعات الکترونیکی با استفاده از تئوری ساختاری

تئوری ساختاری دیدگاهی است که بیان می دارد تولید پیکربندی جریان یک پدیده فیزیکی است که می تواند بر مبنای یک اصل فیزیکی استوار باشد. تئوری ساختاری می گوید: در یک سیستم جریان با ابعاد محدود برای پایداری و بقا در زمان، پیکربندی آن باید چنان تحول یابد که دسترسی آسانتری را برای جریان هایی که در آن جاری هستند، فراهم نماید. تئوری ساختاری جهت بررسی هر سیستم، ساختار فیزیکی و هندسی آن را مورد بررسی قرار می دهد. امروزه این تئوری به صورت قانون در آمده است طوری که از قوانین اول و دوم ترمودینامیک کاملا" مجزا می باشد. ارتباط میان تئوری ساختاری و قوانین بهینه سازی ترمودینامیکی، در به حداقل رساندن انتروپی تولیدی در سیستم می باشد. امروزه با بکارگیری تئوری ساختاری، طراحی های جدیدی برای قطعات الکترونیکی ، پیل سوختی، شبکه های درختی برای انتقال انسان ها، کالاها و اطلاعات صورت پذیرفته است. این بررسی یک نمونه ی کاربردی کلی و فراگیر در علوم طبیعی، مهندسی وعلوم اجتماعی را بیان می دارد. تئوری ساختاری با توجه به نوع کاربرد دارای چیدمان ها و شبکه بندی های مختلفی است. یکی از معروفترین ساختارها، شبکه بندی درختی بوده که داری دو نوع y و t شکل می باشد. در این پژوهش از تئوری ساختاری برای بررسی و چگونگی پیکربندی هندسی کانال های تعبیه شده در داخل یک دیسک در حضور تولید حرارت داخلی جهت خنک کاری توسط مکانیزم انتقال حرارت جابجایی استفاده شده است. در این مطالعه خنک کاری توسط یک جریان سیال تکفازی که از قسمت داخلی دیسک وارد شده و به سمت محیط هدایت می شود، انجام می گیرد. تلاش بر این است که ساختار درختی بهینه ای جهت خنک کاری قطعات الکترونیکی حلقوی با تولید حرارت داخلی، توسط تئوری ساختاری ارائه شود. برای این منظور ساختار حاصله باید بگونه ای باشد که برای یک توان پمپاژ مشخص، حداکثر دمایی که در قطعه ی موردنظر حاصل می شود، مینیمم باشد. در این پژوهش علاوه بر بررسی نحوه انشعاب کانال ها و طول آنها، به بررسی ابعاد یک کانال مشخص جهت کاهش توان پمپاژ نیز پرداخته شده است. در ادامه علاوه بر حل تحلیلی که دارای تقریبات قابل قبولی است، مسأله بصورت عددی نیز مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته شرایط بهینه یا نزدیک به بهینه پیشنهاد شده است. نتایج عددی حاصل از آنالیز حرارتی در مقایسه با نتایج بدست آمده از روش تحلیلی از دقت بالاتری برخودار هستند. تاثیر شار جرمی جریان بر روی مقاومت کلی جریان ناچیز بوده در حالی که بر روی مقاومت حرارتی بیشترین تاثیر را دارد. افزایش تعداد انشعابات موجب بیشتر شدن مقاومت جریان و کاهش مقدار مقاومت حرارتی شده است. تعداد کانال های مرکزی با مقدار مقاومت جریان رابطه ی مستقیم و با مقدار مقاومت حرارتی رابطه ی عکس دارد. یکی دیگر از عوامل تاثیرگذار بر روی مقاومت جریان، شعاع داخلی دیسک حلقوی بوده طوری که هر چقدر شعاع داخلی حلقه بزرگتر باشد مقدار مقاومت جریان کاهش می یابد.