طراحی ساختاری برای خنک کاری سطح یک دیسک با استفاده از رگه های مواد با ضریب هدایتی بالا

انتقال حرارت هدایتی دائم به منظور خنک کاری یک دیسک بر اساس تئوری ساختاری، با استفاده از رگه های با ضریب هدایتی بالا با توزیع ناقص در دیسک، مورد بررسی قرار گرفت. در این جا دو نوع آرایش شعاعی و درختی رگه ها در سطح دیسک مورد مطالعه قرار گرفت؛ به این صورت که مقاومت حرارتی به صورت تحلیلی برای این حالات بدست آمده و عملیات بهینه سازی روی آن انجام گردید. این عملیات برای ساختار درختی از دو مسیر جداگانه با دوپارامتر مختلف دنبال شد. گفتنی است حل تحلیلی ارائه شده، یک حل کلّی بوده که برای حالت خاص که بصورت رگه های کامل است نیز صادق می باشد. در این حالت تحت شرایط خاص، مقاومت حرارتی بهینه دیسک در حالت رگه های ناقص عملکرد بهتری نسبت به رگه های کامل داشت. در این پروژه همچنین از شبکه هائی با ضخامت های متغیردر ساختارهای شعاعی و درختی استفاده شد؛ ضخامت آنها با استفاده از روش آنالیز تغییرات به صورتی به دست آمد تا بالاترین دمای موجود در دیسک کمینه گردد. در ادامه مقاومت حرارتی برای هر دو ساختار با ضخامت های متغیر به صورت تحلیلی بدست آمده و نسبت به پارامترهای موجود بهینه گشت. نتیجه به این ترتیب بدست آمد که با استفاده از رگه های متغیر، مقاومت حرارتی برای تمامی شرایط کاهش یافته اما با افزایش پیچیدگی در سیستم جریان که عبارتست از متغیر در نظر گرفتن رگه های اصلی و فرعی، میزان کاهش در مقاومت حرارتی بهینه نسبت به حالت شعاعی کم تر بدست آمد که غیر موثر بودن افزایش پیچیدگی در سیستم جریانی مذکور را نشان می دهد. در ادامه تأثیر وابستگی به دمای ضرایب هدایتی بر کاهش مقاومت حرارتی دیسک با رگه های ناقص در ساختارهای شعاعی و درختی به صورت تحلیلی مورد بررسی قرار گرفت. از آن جا که محدوده دمائی در شرایط مسئله محدود می باشد، تابعیت دمائی ضرائب هدایتی به صورت خطی در نظر گرفته شد. در این شرایط رگه ها را به صورت ضخامت ثابت و متغیر در نظر گرفته و تأثیر آن با تأثیر وابستگی دمایی ضرائب هدایتی ادغام گردید. در نهایت از آن جا که در طی حل تحلیلی از یکسری تقریبات استفاده شد و همچنین حل تحلیلی ارائه شده بر مبنای تئوری ساختاری می باشد، بیشینه دمای قطاع دایروی بر مبنای پارامترهای هندسی به صورت عددی نیز بهینه گشته و نتایج حاصل از آن با حل تحلیلی مقایسه شد. نتیجه این مقایسه نشان دهنده رفتار مشابه و سازگاری قابل قبول بین نتایج عددی و تحلیلی بود. از نتیجه آخر این گونه می توان استنباط نمود که استفاده از تئوری ساختاری به منظور بهینه سازی مقاومت حرارتی بسیار سودمند بوده و نتایج حاصل از آن به مقادیر بهینه بسیار نزدیک است که خود عاملی است که می توان از این تئوری برای بهینه نمودن ساختارهائی با چند مرحله انشعاب استفاده نمود تا ساختارهای جریانی مشابه آنچه که در طبیعت موجود است ایجاد گردد.