마이크로 전자 장치의 전력 밀도가 지속적으로 증가함에 따라 방열은 성능을 제한하는 병목 현상이 되었다. 직사각형 마이크로 채널은 열교환 면적이 크지만 순수 압력 구동 하에서 유동은 주로 층류이며, 열 경계층이 성능 향상을 제한한다. 본 논문은 3차원 수치 모델을 바탕으로 다양한 전극 구성에 따른 유동장 및 온도 분포의 영향을 연구하였으며, 양극의 주기적 증가 배열 방식을 제안하여 전기장이 유체에 미치는 작용 메커니즘을 심층적으로 규명하는 데 중요한 의미를 가진다. 연구 결과에 따르면 양극의 주기적 증가 배열은 채널 하부 근처에서 주기적인 "가짜 거칠기" 와류 구조를 효과적으로 유발할 수 있다. 이 와류는 점성과 열 경계층을 강하게 교란하여 벽면 근처의 국소 속도 구배를 현저히 증가시키며, 이로 인해 대류 열전달이 동시에 강화되고 전체 유속이 상승하며 마찰 저항 특성이 개선된다. 경계층 내 유속 측면에서 기존의 매끄러운 채널과 비교할 때 주기적 증가 배열(구조 1)이 41.6%로 가장 큰 향상을 보였고, 균일 배열(구조 2)이 그 다음으로 36.8%, 주기적 감소 배열(구조 3)은 32%로 비교적 낮았다. 이러한 경향은 종합 성능에서도 마찬가지로 나타나 주기적 증가 배열과 균일 배열의 성능 평가 지표가 각각 90%와 70% 향상되었다. 특히 동일한 인가 전압과 방열 조건에서 주기적 증가 배열을 적용할 경우 압력 강하를 66.7% 크게 줄일 수 있어 다른 두 구성보다 명백히 우수한 종합 성능을 보였다.

전기유체역학; 유동 특성; 열전달 특성; 경계층; 전극