چکیده انگلیسی و فارسی مقاله مهندسی مکانیک درباره انتقال حرارت در نانو تیوب های کربنی
Abstract
Fourier’s law is a phenomenological law to describe the heat transfer process. Although it has been widely used in a variety of engineering application areas, it is still questionable to reveal the physical essence of heat transfer. In order to describe the heat transfer phenomena universally, Guo has developed a general heat conduction law based on the concept of thermomass, which is defined as the equivalent mass of phonon gas in dielectrics according to Einstein’s mass–energy relation. The general law degenerates into Fourier’s law when the thermal inertia is neglected as the heat flux is not very high. The heat flux in carbon nanotubes (CNTs) may be as high as 1012 W/m2 . In this case, Fourier’s law no longer holds. However, what is estimated through the ratio of the heat flux to the temperature gradient by molecular dynamics (MD) simulations or experiments is only the apparent thermal conductivity (ATC); which is smaller than the intrinsic thermal conductivity (ITC). The existing experimental data of single-walled CNTs under the high-bias current flows are applied to study the non-Fourier heat conduction under the ultrahigh heat flux conditions. The results show that ITC and ATC are almost equal under the low heat flux conditions when the thermal inertia is negligible, while the difference between ITC and ATC becomes more notable as the heat flux increases or the temperature drops
چکیده
قانون فوریه یک پدیده ی فیزیکی برای شرح عملیات انتقال حرارت می باشد. با وجود اینکه به صورت گسترده ای در کاربردهای گسترده و متنوعی در مکانیک مورد استفاده قرار گرفته است، با این وجود، هنوز آشکار سازی ماهیت و ذات فیزیکی انتقال حرارت همچنان مورد بحث می باشد.
به منظور اینکه پدیده ی انتقال حرارت را به صورت کلی توضیح دهیم، Guo قانون کلی انتقال حرارت هدایتی را بر اساس ومبنای مفهوم thermomass توسعه داد، که به صورت جرم معادل گاز فونون در دی الکتریک با توجه به رابطه ی جرم-انرژی انیشتین تعریف می شود.
قانون کلی در صورتی که اینرسی گرمایی به دلیل بالا نبودن شار گرمایی، نادیده در نظر گرفته شود، به قانون فوریه تقلیل پیدا می کند. شار گرمایی در نانو تیوب های کربنی (CNT) می واند به بزرگی 1012 W/m2 باشد. در این حالت، قانون فوریه دیگر برقرار نمی باشد. با این حال، انچه از طری نسبت شار گرمایی به گرادیان دمایی توسط شبیه سازی های دینامیک مولکولی (MD) و یا ازمایشات تخمین زده می شود، تنها هدایت گرمایی مولکولی (ATC)می باشد؛ که کوچک تر از هدایت گرمایی ذاتی (ITC) می باشد. داده های تجربی موجود CNT های تک دیواره ای تحت جریان های با بایاس بالا در مطالعات انتقال حرارت هدایتی غیر فوریه ای در شرایط شار گرمایی فوق العاده زیاد، اعمال شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که ITC و ATC غالبا در شرایط شار گرمایی پایین که اینرسی گرمایی قابل چشم پوشی می باشد، یکسان می باشند، در صورتیکه اختلاف بین ITC و ATC با افزایش شار گرمایی یا افت دمایی، چشم گیر تر می گردد.
1-مقدمه
صحت قانون فوریه ای انتقال حرارت هدایتی توسط آزمایشات بیشماری ص.رت پذیرفته و به صورت گسترده ای در زمینه های مختلف مهندسی مورد استفاده قرار گرفته است، با این وجود، این قانون، تنها یک پدیده ی فیزیکی می باشد که ضرورت انتشار گرما را شرح می دهد. Onsager یه این موضوع اشاره کرد که [1] " ما درک کرده ایم که قانون فوریه، تنها توضیحی تقریبی برای پروسه ی هدایت می باشد که از زمان مورد نیاز برای شتاب دهی جریان گرما صرف نظر می کند". مشاهده می شود که قانون فوریه در تضاد با اصل برگشت پذیری میکروسکوپیک در ترمودینامیک می باشد.علاوه بر این؛ زمان مورد نیاز برای شتاب دهی به جریان گرما، می تواند با "اینرسی" گرمایی درک گردد، برای مثال، تاخیر زمانی، به آهستگی شار گرمایی را پس از برقراری گرادیان دمایی افزایش می دهد. اینرسی گرمایی تا حدی شبیه به دیگر انواع اینرسی موجود می باشد[2].موج حرارتی ناشی از اینرسی حرارتی موقتی توسط بسیاری از محققین به صورت دقیق مورد پژوهش قرار گرفته است[3,4]. بعدها، انتقال حرارت هذلولی- مساله ب تابش با استفاده از روش شبکه بندی بولتزمن مورد مطالعه قرار گرفت[5]. ولی این تنها شکل ظاهری اینرسی گرمایی در حالت ناپایا می باشد، و اینرسی گرمایی به طور کامل شرح داده نشده است...