Heat Transport Characteristics In Thin Films. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Thesis.pdf Download (9MB) | Preview

Arabic Abstract

يعتبر انتقال الحرارة في الأغشية الرقيقة من أھم مجالات البحث في الھندسة الميكانيكية نظرا للتطور السريع في تطبيقات المحلية والصناعية للأجھزة العاملة بالطاقة الشمسية والأجھزة الحرارية. الحجم الصغير لھذه الأجھزة يتطلب تعديلا في الطرق التقليدية لصياغة المشكلة متعددة الفيزياء أثناء عمليتي التصميم والتشغيل. الطرق التقليدية لصياغة ھذه المشكلة، والتي تعتمد على فرضية المادة المتصلة، أصبحت غير صالحة نظرا لأن الحجم المميز للغشاء الرقيق قابل للمقارنة بالمسار الحر للوسيط الحراري الناقل. في ھذه الحالة يتوجب استخدام الطرق دون - المتصلة لتدمج في معادلة انتقال الطاقة للأجھزة الصغيرة. يمكن استخدام معادلة بولتزمان للانتقال، والتي تعتبر من الطرق دون-المتصلة، لتقييم خصائص عملية الانتقال في الأغشية الرقيقة. تبعا لذلك يتم تقديم نموذج رياضي لعملية انتقال الفونون غير الترددية لنطاق صغير بحجم المايكرو مع دمج مقاومة الطبقة الجدارية الحرارية. في ھذه الأطروحة، تم الأخذ في الاعتبار الأثر المقذوفات للفونون وذلك لتقييم الخواص الحرارية للأغشية الحرارية. أيضا، تم اعتبار حجم المصدر الحراري في خصائص عملية الانتقال. بالرغم من أن النموذج ثنائي-المعادلة تم تقريره لعملية الانتقال في الأنظمة الفرعية الالكترونية والشعرية، تمت إعادة صياغة المعادلة باستخدام معادلة بولتزمان للانتقال للأغشية المعدنية الرقيقة على مستوى المايكرو الدقيق. تمت مناقشة النتائج وصحة وفعالية النموذج الرياضي في إطار النتائج التجريبية المتوفرة.

English Abstract

Heat transport in thin films is one of the current research areas in mechanical engineering discipline due to the fast growth of solar and thermoelectric applications in domestic and industry. The small size devices require modification of the conventional methods to formulate the multi-physics problems involved during design and operation. Conventional methods which are based on continuum hypothesis to formulate such problems become invalid as the characteristic size of thin film are comparable to the mean free path of the heat carriers. In such situation, a sub-continuum method needs to be incorporated to model energy transport in small size device and thin films. Boltzmann Transport Equation (BTE), which is one of sub-continuum methods, can be used to assess the energy transport characteristics in thin films. Consequently, the mathematical model is introduced to develop frequency dependent transient phonon transport in twodimensional micro-domains while incorporating thermal boundary resistance. In the dissertation work, the ballistics effects of phonons have been considered for the assessment of the thermal properties of thin films. The heat source size on the transport characteristics has also been accounted for quantification of thermal properties. Although two-equation model is well established for thermal energy transport in lattice and electron sub-systems, the re-formulation of the problem has accommodated by using the BTE for metallic thin films at micro-scales. The findings and validity of the mathematical formulation has been discussed within the frame of the experimental data presented in the open literature.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Yilbas, Bekir Sami
Committee Members:	Sahin, Ahmet Ziyaettin and Abuallhamayel, Habib I. and Shuja, Shahzada Zaman and Zaman, Fiazuddin
Depositing User:	HAIDER ALI (g201106350)
Date Deposited:	04 May 2015 11:07
Last Modified:	01 Nov 2019 15:45
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139533

Available Versions of this Item

• Heat Transport Characteristics In Thin Films. (deposited 04 May 2015 11:07) [Currently Displayed]