اختراع حسگر جدید توسط ژاپنی ها

خبرگزاری برنا-زهرا وجدانی؛ ماشین آلات سیال ناکارآمد مورد استفاده در بخش انرژی و حمل و نقل مسئول انتشار گازهای گلخانه ای و گرمایش جهانی در نتیجه برای بهبود کارایی هستند، لازم است که جداسازی جریان در سطوح منحنی مشخص شود و کاهش یابد. برای این منظور، محققان ژاپنی اکنون یک حسگر جریان هوا مبتنی بر سیستم میکروالکترومکانیکی لایه نازک انعطاف‌پذیر به وجود آورده اند که می‌تواند برای اندازه‌گیری جداسازی جریان پیچیده و سه‌بعدی در دیوارهای منحنی برای جریان‌های هوای با سرعت بالا مورد استفاده قرار گیرد.

بخش انرژی و حمل و نقل اغلب از انواع مختلف ماشین آلات سیال، از جمله پمپ ها، توربین ها و موتورهای هواپیما استفاده می کند که همگی دارای ردپای کربن بالایی هستند. این عمدتاً ناشی از ناکارآمدی در ماشین آلات سیال ناشی از جداسازی جریان در اطراف سطوح منحنی است که معمولاً ماهیت بسیار پیچیده ای دارند.

برای بهبود کارایی ماشین آلات سیال، باید جریان نزدیک به دیوار را روی سطح منحنی مشخص کرد تا این جدایی جریان را سرکوب کند. چالش در تحقق این امر چندگانه است. اولاً، سنسورهای جریان معمولی به اندازه کافی انعطاف پذیر نیستند تا در دیواره های خمیده ماشین آلات سیال قرار گیرند. دوم، سنسورهای انعطاف پذیر موجود مناسب برای سطوح منحنی نمی توانند زاویه سیال (جهت جریان) را تشخیص دهند. علاوه بر این، این سنسورها فقط به تشخیص جداسازی جریان در سرعت های کمتر از 30 متر بر ثانیه محدود می شوند.

در یک مطالعه جدید، پروفسور ماساهیرو موتوسوکه از دانشگاه علوم توکیو (TUS) در ژاپن و همکارانش، آقایان کویچی موراکامی، دایکی شیرایشی و دکتر یوشییاسو ایچیکاوا از TUS با همکاری صنایع سنگین میتسوبیشی ژاپن و دانشگاه ایواته ژاپن این چالش را پذیرفتند. 

این تیم، در مطالعه خود، یک حسگر جریان انعطاف پذیر مبتنی بر لایه نازک پلی‌آمید ایجاد کردند که می‌تواند به راحتی بر روی سطوح منحنی بدون ایجاد اختلال در جریان هوای اطراف نصب شود، که یک نیاز کلیدی برای اندازه‌گیری کارآمد است. برای فعال کردن این، سنسور مبتنی بر فناوری سیستم میکروالکترومکانیکی (MEMS) بود. علاوه بر این، طراحی جدید اجازه می دهد تا چندین حسگر برای اندازه گیری همزمان تنش برشی دیوار و زاویه جریان روی سطح دیوار یکپارچه شوند.

برای اندازه‌گیری تنش برشی روی دیوارها، حسگر اتلاف گرما را از یک میکرو هیتر اندازه‌گیری کرد، در حالی که زاویه جریان با استفاده از آرایه‌ای از شش حسگر دما در اطراف بخاری که اندازه‌گیری چند جهته را تسهیل می‌کرد، تخمین زد. این تیم شبیه‌سازی‌های عددی جریان هوا را برای بهینه‌سازی هندسه گرم‌کننده‌ها و آرایه‌های حسگر انجام دادند. با استفاده از یک تونل جریان هوا با سرعت بالا به عنوان محیط آزمایش، این تیم به اندازه گیری جریان موثر با طیف وسیعی از سرعت های جریان هوا از (30 تا 170) متر بر ثانیه دست یافت. سنسور توسعه یافته انعطاف پذیری و مقیاس پذیری بالایی را نشان داد.

پروفسور Motosuke توضیح می دهد: مدارهای اطراف سنسور را می توان با استفاده از یک برد مدار چاپی انعطاف پذیر بیرون کشید و در مکان دیگری نصب کرد، به طوری که فقط یک صفحه نازک به هدف اندازه گیری متصل می شود و تاثیر آن بر جریان اطراف را به حداقل می رساند.

این تیم تخمین زدند که خروجی بخاری به عنوان یک سوم توان تنش برشی دیوار متفاوت است، در حالی که خروجی سنسور با مقایسه اختلاف دما بین دو سنسور که در مقابل هم قرار گرفته اند، با تغییر زاویه جریان، یک نوسان سینوسی عجیب و غریب را نشان می دهد.

حسگر توسعه‌یافته پتانسیل طیف وسیعی از کاربردها را در ماشین‌آلات سیال در مقیاس صنعتی دارد که اغلب شامل جداسازی جریان پیچیده در اطراف سطوح سه‌بعدی است. علاوه بر این، اصل کار مورد استفاده برای توسعه این سنسور را می توان فراتر از جریان های هوای زیر صوت با سرعت بالا گسترش داد.

اگرچه این سنسور برای جریان هوای سریع طراحی شده است، اما در حال حاضر در حال توسعه حسگرهایی هستیم که جریان مایع را اندازه گیری می کند و می تواند بر اساس همان اصل به انسان متصل شود. چنین حسگرهای جریان نازک و انعطاف پذیری می توانند احتمالات زیادی را به شما باز کنند.

در مجموع، حسگر جدید MEMS می تواند یک تغییر دهنده بازی در توسعه ماشین آلات سیال کارآمد با کاهش اثرات مضر بر محیط ما باشد.

انتهای پیام/