بهينه‌سازي ساختار هندسي مواد ابررسانا با ضخامت‌ متغير درون پره با هدف بيشينه‌سازي عملكرد گرمايي

در مطالعه حاضر افزايش انتقال حرارت از پره با قراردادن موادي با ضريب هدايت گرمايي بسيار بالا (ابررسانا) در داخل يك پره مستقيم، مورد بررسي قرار گرفته است. با توجه به ملاحظات اقتصادي، تنها بخشي از ساختار پره را مي‌توان به اين مواد اختصاص داد. بنابراين، يك ساختار هندسي مناسب و تا جاي ممكن بهينه شده براي اين مواد ارائه مي‌گردد. هدف از بهينه‌سازي، بيشينه‌سازي انتقال گرما از پره، با تغيير هندسه ساختار مواد ابررسانا تحت قيدهايي نظير ثابت بودن نسبت حجمي مواد ابررسانا مي‌‎باشد. ساختار هندسي مواد ابررسانا با توزيع شاخه‎‌هايي با ضخامت‌هاي متغير و توزيع خطي ارائه مي‌گردد. تأثير پارامترهاي هندسي و فيزيكي مختلف، مانند عدد بايوت، نسبت ضخامت پره به طول آن، نسبت حجمي مواد ابررسانا به پره و نسبت ضريب هدايت گرمايي ابررسانا به پره بر نتايج بهينه‌سازي گزارش مي‌شود. نتايج نشان مي‌دهد كه براي شاخه‎‌هاي ابررسانا، يك هندسه بهينه وجود دارد، به گونه‎اي كه براي آن هندسه بهينه، انتقال گرما از پره به بيشترين مقدار ممكن افزايش مي‌‎يابد. اين افزايش انتقال گرما با افزايش درجه آزادي‌هاي ساختار هندسي مواد ابرسانا بيشتر مي‌شود. مقدار افزايش انتقال گرما و همچنين ساختار بهينه مواد ابررسانا، وابسته به پارامترهايي نظير عدد بايوت، نسبت ضخامت پره به طول آن، نسبت حجمي مواد ابررسانا به پره و نسبت ضريب هدايت گرمايي ابررسانا به پره مي‌باشد. به طوري‎كه با افزايش عدد بايوت، نسبت حجمي مواد ابررسانا به پره، كاهش نسبت ضخامت پره به طول آن و افزايش نسبت ضريب هدايت گرمايي ابررسانا به پره، كارايي مواد ابررسانا در ازدياد انتقال گرما بيشتر و مشهودتر مي‌گردد.