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