دانشگاه آزاد اسلامی
واحد تهران جنوب
دانشکده تحصیلات تکمیلی
پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد
مهندسی مکانیک – تبدیل انرژی
عنوان:
بررسی و محاسبه انتقال حرارت تابشی در مواد فیبری (MEMS)
چکیده
با توجه به اهمیت پدیده انتقال حرارت در سیستم های میکرو الکترومکانیکی (MEMS) که نتیجه مفید یا مضر جریان الکتریکی و دیگر عوامل محیطی در آنها می باشد در این تحقیق به بررسی فیزیک حاکم بر انتقال حرارت و توزیع دمای داخل جسم تحت اثر شار حرارتی خارجی سیستم های میکرونی در مقایسه با سیستم های ماکرو پرداخته شده است. جهت انجام این پژوهش از روش المان محدود (FEM) استفاده می شود. با توجه به اهمیت انتقال حرارت در تجهیزات میکرونی و با ایده گرفتن از خاصیت کاهش لختی اجسام با کاهش ابعاد، که در مکانیک جامدات کاربرد دارد، تاثیر کاهش ابعاد در میزان لختی حرارتی اجسام در اثر برخورد انرژی تابشی، در مقیاس میکرو، مورد بررسی قرار گرفته است. از تحلیل های المان محدود انجام شده نتیجه گرفته شده است که توزیع دما در ابعاد میکرو داخل جسم تقریبا به طور یکنواخت اتفاق می افتد، یعنی گرادیان دما داخل جسم بسیار کم است و جسم 3 بعدی به صورت یک جسم lumped عمل می نماید. علیرغم اینکه جنس مورد استفاده در ابعاد ماکرو رفتار عایق گونه دارد اما همان جسم در ابعاد میکرو خاصیت عایق بودن خود را از دست داده است. علاوه بر آنکه تمام نقاط جسم با هم تغییر دما می دهند، سرعت این تغییر دما نیز بسیار بالاتر و در حدود 1000 برابر سریع تر می باشد.
مقدمه
امروزه مواد فیبری، به دلیل خواص کاربردی و مفید آنها در بسیاری از زمینه های مهندسی استفاده می شوند. مواد فیبری در برگیرنده خواص مکانیکی خوبی مانند انعطاف پذیری در شرایط خاص طراحی، سبکی وزن، مقاومت بالا در مقابل خستگی و خوردگی، چگالی کم، مقاومت در برابر دما و صدا و خواص الکتریکی آنها، می باشند.
تحقیق در مورد انتقال حرارت در محیط های فیبری، به دلیل کاربردهای صنعتی فراوان آن و بخصوص به عنوان عایق حرارتی در زمینه های ساختمانی، صنعتی و هوا و فضا، موضوع قابل توجهی جهت بسیاری از تحقیقات می باشد و همچنین با توجه به گسترش تکنولوژی انتقال حرارت، این موضوع در نظر مهندسانی که در زمینه های کنترل حرارت فعالیت می کنند، بسیار مهم و مورد توجه می باشند. بررسی انتقال حرارت در درون عایق های فیبری موضوع بحث بسیاری از محققان در چهل سال گذشته بوده است، ولی هرکدام از آنها تنها از جنبه خاصی از این موضوع را مورد بررسی قرار داده اند. شکل (I-1) نشان دهنده تقسیم بندی انواع جنس عایق های مورد استفاده در دماهای مختلف می باشد.
در میان مواد مقاوم در برابر حرارت، اکسیدهای با دمای ذوب بالا بسیار مهم می باشند. این ترکیبات، با مشخصه دمای ذوب بالا (1700 – 2800 درجه سانتی گراد) و مقاومت در برابر اکسیداسیون، بر بسیاری از مواد مقاوم در برابر حرارت برتری دارند. ضریب هدایتی آنها بسیار پایین تر از فلزات می باشد. اینگونه اکسیدها به آسانی در دسترس بوده و در بسیاری موارد قیمت چندان بالایی ندارند. مواد اولیه برای تهیه فیبرها، اکسیدهای آلومینیوم، زیرکونیوم، سیلیکون، تیتانیوم و سایر مواد مشابه و یا ترکیبی از آنها می باشد. اثبات گردیده که آلومینیوم و زیرکونیوم، و در میان اکسیدهای غیر فلزی، اکسیدهای سیلیکون و بورون از امکانات بهتری برخوردار می باشند.
مواد فیبری سبک به طور گسترده ای در کاربردهای با دمای بالا، به عنوان عایق حرارتی در کوره ها و مبدل های حرارتی و سیستم های چند منظوره حفاظت حرارتی در سفینه های فضایی، در هنگام ورود به لایه متراکم اتمسفر در ترمزهای آیرو دینامیکی، مورد استفاده قرار می گیرند. کاربرد آنها در صنایع الکتریکی و الکترونیکی نیز در خور اهمیت می باشد، زیرا باعث افزایش ضریب اطیمنان ماشین های الکتریکی، و توسعه صنایع میکرو الکترونیک و ساخت IC ها شده است. به عنوان مثالی برای کاربردهای در دماهای بالا، مواد فیبری می توانند به عنوان محافظی در برابر حرارت برای کاهش دمای دیواره ها، نرخ انتقال حرارت و گرادیان دما مورد استفاده قرار گیرند. در بعضی موارد پوشش هایی نیز به جهت جلوگیری از اثرات محیطی لازم می باشد.
براي دانلود متن كامل پايان نامه اينجا كليك كنيد
نظرات شما عزیزان:
تبادل لینک هوشمند