Published May 1, 2021 | Version v1
Publication Open

Molecular dynamics investigation of the slip flow liquid–solid interfacial thermal conductance

  • 1. Peking University

Description

With the integrated high-power device packaging structure rapidly developing, the embedded heat dissipation architectures are challenged by the local micro-/nanoscale massive heat flux. The slip flow molecular dynamics models were established to explore the liquid–solid interfacial thermal conductance. With stepwise declining shear forces (0.032 pN/200, 0.024 pN/200, and 0.016 pN/200 ps, respectively), the slip flow [the slip shear velocity is Si: (125.43 ± 0.92 m/s), graphite: (142.43 ± 1.92 m/s), and Cu: (180.93 ± 3.42 m/s), respectively] water–solid interfacial thermal conductance of different materials [Si: (8.11 ± 0.1) × 107 W/m2 K, graphite: (10.18 ± 0.1) × 107 W/m2 K, and Cu: (17.97 ± 0.1) × 107 W/m2 K] can be calculated. The rationality of the calculated values can be verified in the literature. The slip flow water–solid interfacial thermal conductance values are about 0.5 times higher than the static ones. It can be significantly affected by the slip shear velocity. The slip shear velocity increasing about five times can enhance the interfacial thermal conductance two times. From the water layer density distribution, it is found that the dependence of interfacial thermal conductance on velocity slip relies more on the dynamical properties than on the fluid structure. This molecular dynamics model provides an operative methodology to investigate the slip flow liquid–solid interfacial heat transfer for the various embedded cooling surfaces.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

مع التطور السريع لهيكل تغليف الجهاز المدمج عالي الطاقة، تواجه بنيات تبديد الحرارة المدمجة تحديًا بسبب التدفق الحراري الهائل المحلي الدقيق/النانوي. تم إنشاء نماذج الديناميكيات الجزيئية لتدفق الانزلاق لاستكشاف الموصلية الحرارية البينية السائلة الصلبة. مع قوى القص المتناقصة تدريجيًا (0.032 بيكو نيوتن/200، 0.024 بيكو نيوتن/200، و 0.016 بيكو نيوتن/200 بيكو ثانية، على التوالي)، يمكن حساب تدفق الانزلاق [سرعة قص الانزلاق هي Si: (125.43 ± 0.92 م/ث)، الجرافيت: (142.43 ± 1.92 م/ث)، و Cu: (180.93 ± 3.42 م/ث)، على التوالي] التوصيل الحراري السطحي المائي الصلب للمواد المختلفة [Si: (8.11 ± 0.1) × 107 واط/م 2 كلفن، الجرافيت: (10.18 ± 0.1) × 107 واط/م 2 كلفن، و Cu: (17.97 ± 0.1) × 107 واط/م 2 كلفن]. يمكن التحقق من عقلانية القيم المحسوبة في الأدبيات. تكون قيم التوصيل الحراري البيني المائي الصلب لتدفق الانزلاق أعلى بحوالي 0.5 مرة من القيم الثابتة. يمكن أن يتأثر بشكل كبير بسرعة قص الانزلاق. يمكن لسرعة قص الانزلاق التي تزيد حوالي خمس مرات أن تعزز التوصيل الحراري البيني مرتين. من توزيع كثافة طبقة الماء، وجد أن اعتماد التوصيل الحراري البيني على انزلاق السرعة يعتمد على الخصائص الديناميكية أكثر من اعتماده على بنية المائع. يوفر نموذج الديناميكيات الجزيئية هذا منهجية تشغيلية لفحص نقل الحرارة البيني السائل الصلب لتدفق الانزلاق لمختلف أسطح التبريد المضمنة.

Translated Description (French)

Avec le développement rapide de la structure de conditionnement intégrée de dispositifs de haute puissance, les architectures de dissipation de chaleur intégrées sont contestées par le flux de chaleur massif local à l'échelle micro/nanométrique. Les modèles de dynamique moléculaire d'écoulement glissant ont été établis pour explorer la conductance thermique interfaciale liquide-solide. Avec des forces de cisaillement décroissantes par paliers (0,032 pN/200, 0,024 pN/200 et 0,016 pN/200 ps, respectivement), l'écoulement de glissement [la vitesse de cisaillement de glissement est Si : (125,43 ± 0,92 m/s), graphite : (142,43 ± 1,92 m/s) et Cu : (180,93 ± 3,42 m/s), respectivement] la conductance thermique interfaciale eau-solide de différents matériaux [Si : (8,11 ± 0,1) × 107 W/m2 K, graphite : (10,18 ± 0,1) × 107 W/m2 K et Cu : (17,97 ± 0,1) × 107 W/m2 K] peut être calculée. La rationalité des valeurs calculées peut être vérifiée dans la littérature. Les valeurs de conductance thermique interfaciale eau-solide à écoulement glissant sont environ 0,5 fois plus élevées que les valeurs statiques. Il peut être affecté de manière significative par la vitesse de cisaillement de glissement. La vitesse de cisaillement de glissement augmentant d'environ cinq fois peut améliorer la conductance thermique interfaciale deux fois. À partir de la distribution de la densité de la couche d'eau, on constate que la dépendance de la conductance thermique interfaciale sur le glissement de vitesse repose davantage sur les propriétés dynamiques que sur la structure du fluide. Ce modèle de dynamique moléculaire fournit une méthodologie opérationnelle pour étudier le transfert de chaleur interfaciale liquide-solide à écoulement glissant pour les différentes surfaces de refroidissement intégrées.

Translated Description (Spanish)

Con el rápido desarrollo de la estructura de empaquetado de dispositivos integrados de alta potencia, las arquitecturas de disipación de calor integradas se ven desafiadas por el flujo de calor masivo local a micro/nanoescala. Los modelos de dinámica molecular de flujo deslizante se establecieron para explorar la conductancia térmica interfacial líquido-sólido. Con fuerzas de cizallamiento decrecientes escalonadamente (0.032 pN/200, 0.024 pN/200 y 0.016 pN/200 ps, respectivamente), se puede calcular el flujo de deslizamiento [la velocidad de cizallamiento de deslizamiento es Si: (125.43 ± 0.92 m/s), grafito: (142.43 ± 1.92 m/s) y Cu: (180.93 ± 3.42 m/s), respectivamente] conductividad térmica interfacial agua-sólido de diferentes materiales [Si: (8.11 ± 0.1) × 107 W/m2 K, grafito: (10.18 ± 0.1) × 107 W/m2 K y Cu: (17.97 ± 0.1) × 107 W/m2 K]. La racionalidad de los valores calculados se puede verificar en la literatura. Los valores de conductancia térmica interfacial agua-sólido de flujo deslizante son aproximadamente 0,5 veces más altos que los estáticos. Puede verse afectada significativamente por la velocidad de cizallamiento del deslizamiento. La velocidad de cizallamiento del deslizamiento que aumenta aproximadamente cinco veces puede mejorar la conductancia térmica interfacial dos veces. A partir de la distribución de la densidad de la capa de agua, se encuentra que la dependencia de la conductancia térmica interfacial en el deslizamiento de velocidad se basa más en las propiedades dinámicas que en la estructura del fluido. Este modelo de dinámica molecular proporciona una metodología operativa para investigar la transferencia de calor interfacial líquido-sólido de flujo deslizante para las diversas superficies de enfriamiento incrustadas.

Files

5.0050291.pdf

Files (93 Bytes)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:b0d506893d4802090edf1644f5f082cd
93 Bytes
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
فحص الديناميكيات الجزيئية للتدفق الانزلاقي للتوصيل الحراري البيني السائل الصلب
Translated title (French)
Étude de la dynamique moléculaire de la conductance thermique interfaciale liquide-solide à écoulement glissant
Translated title (Spanish)
Investigación de dinámica molecular de la conductancia térmica interfacial líquido-sólido de flujo deslizante

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3157726447
DOI
10.1063/5.0050291

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1976499671
  • https://openalex.org/W1980518905
  • https://openalex.org/W1983776595
  • https://openalex.org/W1995414448
  • https://openalex.org/W1996203962
  • https://openalex.org/W1999570457
  • https://openalex.org/W2001965426
  • https://openalex.org/W2010290556
  • https://openalex.org/W2024132629
  • https://openalex.org/W2024726841
  • https://openalex.org/W2028625031
  • https://openalex.org/W2031107710
  • https://openalex.org/W2041069460
  • https://openalex.org/W2041711542
  • https://openalex.org/W2044352811
  • https://openalex.org/W2046802317
  • https://openalex.org/W2047506235
  • https://openalex.org/W2054669007
  • https://openalex.org/W2061518981
  • https://openalex.org/W2061910656
  • https://openalex.org/W2064707492
  • https://openalex.org/W2070308260
  • https://openalex.org/W2072115544
  • https://openalex.org/W2075641610
  • https://openalex.org/W2078208425
  • https://openalex.org/W2086078211
  • https://openalex.org/W2086621910
  • https://openalex.org/W2087596773
  • https://openalex.org/W2090664797
  • https://openalex.org/W2090687464
  • https://openalex.org/W2091314052
  • https://openalex.org/W2112588978
  • https://openalex.org/W2129708095
  • https://openalex.org/W2322939185
  • https://openalex.org/W2389928070
  • https://openalex.org/W2509949639
  • https://openalex.org/W2520937565
  • https://openalex.org/W2554515616
  • https://openalex.org/W2794106544
  • https://openalex.org/W2799730439
  • https://openalex.org/W2801798310
  • https://openalex.org/W2922634107
  • https://openalex.org/W2984815736