KONTAKT

Področja dela

Področja dela laboratorija za toplotno tehniko

Raziskovalno delo

Prenos toplote v mikrokanalih

Hlajenje elektronskih komponent je eno izmed najaktualnejših področij uporabe MEMS tehnologij. Ker vemo, da je konvektivni prenos toplote s fazno preobrazbo, najučinkovitejši prenos toplote pri manjših temperaturnih razlikah, je glavnina razvoja usmerjenega v iskanje načina hlajenja z dvofaznimi prenosniki toplote. V laboratoriju smo izdelali eksperimentalno progo, ki omogoča analizo prenosa toplote pri vrenju v mikrometrskem območju.

Mikrokanalna testna sekcija poleg možnosti vizualnega opazovanja omogoča tudi beleženje temperaturnih in tlačnih potekov. Vizualizacijo oblik vrenja kapljevine v mikrokanalih izvajamo s pomočjo fluorescentnega mikroskopa in hitrotekoče digitalne barvne kamere. Pri tem uporabljamo električni in laserski način gretja testne sekcije. Hidravlični premeri opazovanih pravokotnih silicijevih mikrokanalov so med 5 in 50 μm.

Ugotovitve
Opazovanje vrenja v mikrometrskem območju je zaradi dimenzijske omejenosti in prepletenosti mehanizmov vrenja, kompleksno. Iz analize posnetkov smo ugotovili, da v mikrokanalih prevladujejo nestabilne razmere. Rasti posameznih mikrometrskih mehurčkov smo uspešno zabeležili.

Drevesne strukture mikrokanalov

Drevesna stukturaDrevesne strukture so pridobljene na osnovi konstruktalne teorije z namenom distribucije ter zbiranja tekočin preko zaključene krožne površine. Pri optimizaciji le – teh se osredotočamo predvsem na povečevanje globalnega učinka ter zmanjševanje tlačnih padcev znotraj drevesne strukture.

Velika prednost drevesnih struktur je, da v primeru poškodbe oziroma zamašitve ene ali večih kanalnih vej še vedno omogočajo nepretrganost pretoka fluida od vstopnega kanala do vseh ostalih elementarnih volumnov znotraj mej drevesne strukture.

Mašenje mikrokanalov ob prisotnosti lokalnega izvora toplote
Z drevesno strukturo se približujemo procesom, ki se odvijajo v membranskih sistemih. Pri tovrstnih sistemih se pri pretoku permeata pogosto pojavljajo lokalni izvori toplote. Dosedanje raziskave so pokazale, da mikrokanali drevesne oblike v primerjavi z snopom vzporednih mikrokanalov bolj učinkovito odvajajo toploto.

Eksperimentalen študij mašenja mikokanalov ob prisotnosti lokalnega izvora toplote zajema mikrokanale drevesne strukture, katerih velikosti kanalov znašajo od 20 μm do 5 μm. Za vizualna opazovanja uporabljamo flourescentni mikroskop in hitrotekočo kamero. Pri eksperimentu kot delovni fluid uporabljamo deionizirano vodo z 2 do 3 μm velikimi polimernimi delci, kot lokalni izvor toplote pa uporabljamo pulzni laser, tip Nd: YAG.

Toplotne cevi

Toplotne cevi so naprave za prenašanje toplotnega toka in so zaradi svoje kompaktnosti in nizke toplotne upornosti zelo razširjene v prenosnih osebnih računalnikih, v katerih prenašajo toplotni tok s procesorja na rebra, ki so nameščena na robu ohišja računalnika.

Bistvena razlika med toplotnimi cevmi in zaprtimi dvofaznimi termosifoni je prisotnost stenja v toplotnih ceveh, ki omogoča delovanje v vseh orientiranostih, medtem ko je gonilna sila kapljevine v termosifonih vedno gravitacija.

Vrenje na silicijevih površinah

V sodelovanju s tujimi univerzami raziskujemo fenomen vrenja na silicijevih površinah. Glavni cilj projekta je analiza interakcijskih vplivov umetno izdelanih nukleacijski mest pri mehurčkastem vrenju ter izvedba numerične simulacije za potrebe industrije.

Projektno delo

IR analiza kolesarja

V sodelovanju s Fakulteto za šport smo spremljali temperaturo spodnjega dela hrbta kolesarja med fizično obremenitvijo pri nošenju različnih športnih majic.

Pulziranje TRIGA reaktorja

V sodelovanju z Reaktorskim infrastrukturnim centrom IJS smo spremljali delovanje TRIGA reaktorja v pulznem načinu obratovanja pri različnih močeh pulza (http://www.rcp.ijs.si/ric/pulse-a.html).

Slovenska vojska in policija

Laboratorij za toplotno tehniko je v sklopu raziskovalnih projektov uspešno sodeloval z Ministrstvom za obrambo, Ministrstvom za notranje zadeve in Centrom za forenzične preiskave pri preučevanju orožja in zaščitne opreme ter iskanju rešitev na različnih področjih.

Področja sodelovanja
- delovanje različnih orožij (snemanje s hitro kamero) z ostrim in manevrskim strelivom
- odsun osebnega orožja večjega kalibra
- terminalna balistika (preverjanje čelad in zaščitnih jopičev domačih proizvajalcev, preverjanje učinkovitosti različnih izstrelkov na jeklenih ploščah, itd.)
- podpora Ministrstvu za obrambo RS oziroma Slovenski vojski pri analiziranju dinamike strelnega orožja, pri raziskavah s področja terminalne balistike in pri razširjanju znanstvenih spoznanj na področju oborožitve
- Podpora domači industriji pri razvoju zaščitne opreme in manevrskega streliva
- Testiranja neprebojnih jopičev in policijskega streljiva - policijski vadbeni center v Gotenici 19.08.2009

Seminarsko delo

Sloarna toplotna črpalka

V sodelovanju s študenti Fakultete za strojništvo in študentke Akademije za likovno umetnost in oblikovanje smo razvili solarno toplotno črpalko, ki izkorišča sončno sevanje neposredno za vrenje hladiva v toplotni črpalki. Uporabili smo parabolični zbiralnik sončnega sevanja, za katerega smo določili gorišča v odvisnosti od vpadlega kota sončnih žarkov. V gorišče zbiralnika so namestili uparjalne cevi toplotne črpalke.

Obremenitev trampolina

V sodelovanju s študentom Mihom Sprinčnikom smo obravnavali obremenitev trampolina in "let" atleta po skoku s trampolina.

Stirlingov motor

V okviru seminarskih del so študenti Fakultete za strojništvo preučevali in simulirali delovanje Stirlingovega motorja, ki pretvarja toploto v mehansko delo. Za delovanje Stirlingovega motorja potrebujemo le izvor toplote pri višji temperaturi in ponor toplote pri nižji temperaturi, zato lahko izkoriščamo za njegovo delovanje tudi povsem obnovljive vire energije.