بهینه‌سازی ساختار هندسی مواد ابررسانا با ضخامت‌ متغیر درون پره با هدف بیشینه‌سازی عملکرد گرمایی

Abstract

در مطالعه‌ی حاضر افزایش انتقال حرارت از پره با قراردادن موادی با ضریب هدایت گرمایی بسیار بالا (ابررسانا) در داخل یک پره مستقیم، مورد توجه قرار می-گیرد. با توجه به ملاحظات اقتصادی، تنها بخشی از ساختار پره را می‌توان به این مواد اختصاص داد. بنابراین، یک ساختار هندسی مناسب و تا جای ممکن بهینه‌شده برای این مواد ارائه می‌گردد. هدف از بهینه‌سازی، بیشینه‌سازی انتقال گرما از پره، با تغییر هندسه ساختار مواد ابررسانا تحت قیدهایی نظیر ثابت بودن نسبت حجمی مواد ابررسانا می‌باشد. ساختار هندسی مواد ابررسانا با توزیع شاخه‌هایی با ضخامت‌های متغیر و توزیع خطی ارائه می‌گردد. تأثیر پارامترهای هندسی و فیزیکی مختلف، مانند عدد بایوت، نسبت ضخامت پره به طول آن، نسبت حجمی مواد ابررسانا به پره و نسبت ضریب هدایت گرمایی ابررسانا به پره بر نتایج بهینه‌سازی گزارش می‌شود. نتایج نشان می‌دهد که برای شاخه‌های ابررسانا، یک هندسه بهینه وجود دارد، به گونه‌ای که برای آن هندسه بهینه، انتقال گرما از پره به بیش‌ترین مقدار ممکن افزایش می‌یابد. این افزایش انتقال گرما با افزایش درجه آزادی‌های ساختار هندسی مواد ابرسانا بیش‌تر می‌شود. مقدار افزایش انتقال گرما و همچنین ساختار بهینه مواد ابررسانا، وابسته به پارامترهایی نظیر عدد بایوت، نسبت ضخامت پره به طول آن، نسبت حجمی موادابررسانا به پره و نسبت ضریب هدایت گرمایی ابررسانا به پره می-باشد. به طوری‌که با افزایش عدد بایوت، نسبت حجمی مواد ابررسانا به پره، کاهش نسبت ضخامت پره به طول آن و افزایش نسبت ضریب هدایت گرمایی ابررسانا به پره، کارایی مواد ابررسانا در ازدیاد انتقال گرما بیش‌تر و مشهودتر می‌گردد.