• شماره ركورد
    33649
  • پديد آورنده

    پارميدا شاه حسيني

  • عنوان
    تاثير آرايش لايه پلي الكتروليتي بر عملكرد گرمايش ژول در غشاهاي نانوفلوئيديكي
  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    مهندسي شيمي
  • سال تحصيل
    1402
  • تاريخ دفاع
    1404/04/02
  • استاد راهنما
    دكتر سيد نظام الدين اشرفي زاده
  • استاد مشاور
    -
  • دانشكده
    مهندسي شيمي، نفت و گاز
  • چكيده
    سامانه‌هاي نانوسيالشي، كاربردهاي نوآورانه‌اي در تصفيه آب، حسگر مولكولي و ذخيره‌سازي انرژي ايجاد كرده‌اند اما گرمايش ژول ناشي از مقاومت الكتريكي مي‌تواند عملكرد اين سامانه‌ها را مختل كند، لذا كنترل و كاهش اتلاف حرارتي در آنها بسيار مهم است. اين پژوهش به بررسي تأثير الگوي توزيع بار در لايه نرم پوشاننده ديواره نانوكانال‌هاي استوانه‌اي بر گرمايش ژول و ويژگي‌هاي الكتروهيدروديناميكي مهم مي‌پردازد. اين ويژگي‌ها شامل گزينشپذيري يوني، يكسوسازي جريان يوني، جريان الكترواسمزي و اتلاف ويسكوزيته مي‌شوند. در اين مطالعه، سه الگوي متمايز توزيع بار در لايه پلي‌الكتروليت شامل تك‌قطبي، دو قطبي (با نسبت‌هاي مختلف بار مثبت به منفي) و سه‌قطبي مورد بررسي قرار گرفت. براي تحليل رفتار انتقال يوني در هر پيكربندي، معادلات حاكم شامل معادلات پواسون-نرنست-پلانك با در نظر گرفتن اثرات حرارتي، معادلات ناوير-استوكس و معادله انرژي در شرايط پايا و به صورت عددي حل شدند. نتايج نشان داد كه نانوكانالهاي دو قطبي، مديريت حرارتي برتري نسبت به انواع تك‌قطبي و سه‌قطبي ارائه مي‌دهند. بررسي‌هاي انجام‌شده در نسبت غلظت λ_c=100 و ولتاژ اعمالشده V_app=5 V، كاهش 22.5 درصدي گرمايش ژول در پيكربندي دو قطبي (nW 523) را در مقايسه با پيكربندي‌هاي تك‌قطبي و سه‌قطبي (nW 675) نشان داد. علاوه بر اين، بررسي سرعت جريان الكترواسمزي نشان مي‌دهد كه نانوكانال‌هاي دو قطبي در نسبت غلظت λ_c=10 به حداكثر سرعت 9.83×10−3 m/s دست يافته‌اند. اين رقم در مقايسه با حداكثر سرعت 2.39×10−3 m/s در طراحي تك‌قطبي و 2.85×10−3 m/s در طراحي سه‌قطبي، پيشرفت قابل توجهي را نشان مي‌دهد. اين عملكرد برتر ناشي از توانايي ذاتي نانوكانال‌هاي دو قطبي در تنظيم ميدان‌هاي الكتريكي داخلي و بهبود تحرك يوني است. يكي ديگر از ويژگي‌هاي اين پيكربندي، قابليت يكسوسازي عالي جريان يوني است كه آن را به گزينه‌اي ايده‌آل براي ساخت ترانزيستورهاي يوني و ديودهاي نانوسيالشي تبديل كرده است. يافته‌هاي اين پژوهش بينشهايي ارزشمند براي طراحي غشاهاي نانوسيال كارآمد در كاربردهاي مختلف ارائه مي‌دهد.
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1404/06/19
  • عنوان به انگليسي
    The Effect of Polyelectrolyte Layer Configuration on Joule Heating Performance in Nanofluidic Membranes
  • تاريخ بهره برداري
    6/23/2026 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    پارميدا شاه حسيني

  • چكيده به لاتين
    Nanofluidic systems have enabled innovative applications in water purification, molecular sensing, an‎d energy storage. However, Joule heating caused by electrical resistance can disrupt the performance of these systems, making the control an‎d reduction of heat dissipation crucial. This study investigates the effect of charge distribution patterns in the soft layer coating the walls of cylindrical nanochannels on Joule heating an‎d key electrohydrodynamic characteristics. These characteristics include ion selec‎tivity, ion current rectification, electroosmotic flow, an‎d viscous dissipation. In this research, three distinct charge distribution patterns in the polyelectrolyte layer were examined: unipolar, bipolar (with varying positive-to-negative charge ratios), an‎d tripolar. To analyze ion transport behavior in each configuration, the governing equations including the Poisson-Nernst-Planck equations with thermal diffusion terms, Navier-Stokes equations, an‎d the energy equation were solved numerically.The results revealed that bipolar nanochannels offer superior thermal management compared to unipolar an‎d tripolar designs. At a concentration ratio of λ_c=100 an‎d an applied voltage of V_app=5 V, the bipolar configuration (523 nW) demonstrated a 22.5% reduction in Joule heating compared to unipolar an‎d tripolar configurations (675 nW). Furthermore, the analysis of electroosmotic flow velocity showed that bipolar nanochannels achieved a maximum speed of 9.83 × 10⁻³ m/s at λ_c=10, a significant improvement over the maximum speeds of 2.39 × 10⁻³ m/s (unipolar) an‎d 2.85 × 10⁻³ m/s (tripolar). This enhanced performance stems from the inherent ability of bipolar nanochannels to modulate internal electric fields an‎d improve ionic mobility. Another notable feature of this configuration is its excellent ionic current rectification capability, making it an ideal can‎didate for constructing ionic transistors an‎d nanofluidic diodes. The findings of this study provide valuable insights for designing efficient nanofluidic membranes in diverse applications.
  • كليدواژه هاي فارسي
    گرمايش ژول , نانوكانال نرم , لايه پلي الكتروليتي چند قطبي , اتلاف ويسكوزيته , توزيع بار
  • كليدواژه هاي لاتين
    Joule heating , Soft nanochannels , Multipolar polyelectrolyte layer , Viscosity dissipation , Charge distribution
  • Author
    Parmida Shahhoseini
  • SuperVisor
    Prof. Seyed Nezameddin Ashrafizadeh