بزرگنمايي:

سرزمين ايرانيان- اين دستاورد علمي درک تيم‌هاي تحقيقاتي از خنک‌سازي افشانه‌اي(Spray cooling)، چاپ با جوهرافشان و پوشش رنگ را ارتقا خواهد داد.

خنک‌سازي افشانه‌اي يکي از نويدبخش‌ترين شيوه‌ها براي خنک کردن ابزار الکترونيکي داراي جريان حرارت زياد است. اين سيستم‌هاي خنک کننده از آب يا روغن براي خنک‌ کردن سامانه‌هاي مختلف از موتورهاي معمولي گرفته تا شتاب‌دهنده‌ها استفاده مي‌کنند.

خنک‌سازي افشانه‌اي دوفازي، به ويژه براي خنک‌کردن جريان‌هاي حرارتي به کار مي‌رود که با استفاه از شيوه‌هاي خنک‌سازي معمولي قابل خنک شدن نيستند. فيزيک پيچيده خنک‌سازي افشانه‌اي دو فازي، همواره نيازمند درک عميقي بوده و در اين روش، قطرات کوچک با استفاده از يک فاز گازي فشرده‌ شده ثانويه، بسيار کوچک(atomize) مي‌شوند.

به منظور مطالعه بيشتر اين روش، دانشمندان به رهبري مهسا ابراهيم، دانش‌آموخته دانشگاه خواجه نصيرالدين طوسي، و يک محقق ديگر، فيزيک پايه اين قطرات را با استفاده از رايانه‌ و همچنين تحليل‌هاي آزمايشگاهي بررسي کردند. آنها از رويکردي محاسباتي موسوم به شيوهlattice-Botzmann" " (LBM) براي شبيه‌سازي کردن تاثير يک ميکروقطره بر روي يک سطح خشک بهره بردند.

مي‌توان از يافته‌هاي بدست آمده علاوه بر خنک‌سازي افشانه‌اي براي کاربردهاي ديگر از جمله چاپ با استفاده از جوهرافشان، پوشش رنگ و افشانه پلاسما استفاده کرد.

تا پيش از اين، بيشتر تحقيقات مبتني بر مطالعه قطرات ميلي‌متري و تاثير هيدروديناميک آنها بر روي سطوح جامد خشک پايه‌ريزي شده بود. با اين حال، اندازه قطره در  خنک‌سازي افشانه‌اي سه برابر کوچک‌تر از قطرات ميلي‌متري است و اين بدين معناست که فيزيک پراکندگي مايع و ديناميک برخورد آن‌ها بر روي سطوح خشک مي‌تواند تا حد زيادي متفاوت باشد.

براي حل اين مشکل، محققان به الگوريتم‌هايLBM  روي آوردند که براي مدل بندي محاسباتي جريان مايع در هندسه‌هاي پيچيده‌ و مايع‌هاي چندفازي به کار مي‌رود. اين الگوريتم همچنين از رويکرد مزوسکوپي بهره مي‌برد که گسست بين ديناميک مولکولي ميکروسکوپي و مکانيک مايع ماکروسکوپي را پر مي‌کند.

در خنک‌سازي دوفازي، قطرات آب يا روغن تحت جريان گازي کوچک‌کننده‌اي موسوم به stagnation jet  بر سطح تاثير مي‌گذارند. قبلا اين باور وجود داشت که اين جريان گاز در تمامي شرايط برخورد بر پراکندگي قطرات بر روي سطوح تاثير مي‌گذارد؛ با اين حال، تيم تحقيقاتي از طريق الگوريتم LBM نشان داد اين جريان هيچ تاثير قابل توجهي بر حالت‌هاي خاص ندارد و اين دستاورد راه را براي تعيين ويژگي‌هاي سيستم‌هاي پاششي هموار مي‌کند.

دانشمندان همچنين دريافتند فيزيک ميکروقطره‌ها متفاوت از ماکروقطره‌هاست و افشانه‌هاي قطره‌دار داراي کاربردهاي بيشتري هستند.

جزئيات اين دستاورد علمي درمجله Physics of Fluids  منتشر شد.