Mit der kontinuierlichen Zunahme der Leistungsdichte mikroelektronischer Bauelemente ist die Wärmeabfuhr zu einem leistungsbegrenzenden Faktor geworden. Obwohl rechteckige Mikrochannels eine große Wärmeübertragungsfläche bieten, herrscht beim rein druckgetriebenen Fluss hauptsächlich laminarer Strom, und die thermische Grenzschicht begrenzt die Leistungssteigerung. Diese Arbeit basiert auf einem dreidimensionalen numerischen Modell, das den Einfluss verschiedener Elektrodenkonfigurationen auf das Strömungsfeld und die Temperaturverteilung untersucht, und schlägt eine periodisch wachsende Anordnung der positiven Elektroden vor, die für das tiefere Verständnis des Einflusses des elektrischen Feldes auf die Flüssigkeit von großer Bedeutung ist. Die Studie zeigt, dass die periodisch wachsende Anordnung der positiven Elektroden in der Nähe des Kanalbodens wirksam eine periodische "Pseudo-Rauheits"-Wirbelstruktur induzieren kann. Diese Wirbel verursachen durch starke Störungen der viskosen und thermischen Grenzschicht eine erhebliche Erhöhung des lokalen Geschwindigkeitsgradienten nahe der Wand, wodurch gleichzeitig der konvektive Wärmetransport verstärkt, die gesamte Fließgeschwindigkeit erhöht und die Reibungsreduktion verbessert wird. Hinsichtlich der Geschwindigkeit in der Grenzschicht ist die größte Verstärkung im Vergleich zum herkömmlichen glatten Kanal bei der periodisch wachsenden Anordnung (Struktur 1) mit 41,6 % festzustellen; zweitstärkster Effekt bei gleichmäßiger Verteilung (Struktur 2) mit 36,8 %; und am niedrigsten bei periodisch abnehmender Anordnung (Struktur 3) mit 32 %. Dieser Trend spiegelt sich auch in der Gesamtleistung wider: Die Werte des Performance-Evaluierungskriteriums stiegen jeweils um 90 % bzw. 70 % bei der periodisch wachsenden und der gleichmäßigen Anordnung. Insbesondere kann die periodisch wachsende Anordnung bei gleicher angelegter Spannung und Kühlungsbedingungen den Druckabfall um 66,7 % deutlich reduzieren und zeigt eine deutlich bessere Gesamtleistung als die anderen beiden Konfigurationen.

Elektrohydrodynamik; Strömungseigenschaften; Wärmeübertragungseigenschaften; Grenzschicht; Elektrode