ARRS bo sofinanciral projekt TCCbuilder
Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije (ARRS) bo financirala bazični projekt z naslovom TCCbuilder: Odprtokodno simulacijsko orodje za toplotne tokokroge. Projekt je bil izbran skupaj s še 12 projekti Fakuletete za strojništvo UL.
Projekt se nanaša na razvoj prvega numeričnega orodja za simulacijo novih načinov upravljanja s toploto (po analogiji z električnimi napravami) na svetu. Novi pristopi k upravljanju s toploto so nujno potrebni zaradi naraščajočega povpraševanja po visoki energijski učinkovitosti, optimalni zmogljivosti in izjemno visoki gostoti moči mikro- in močnostne elektronike ter procesov in naprav v pretvorbi energije. Tradicionalni način upravljanja s toploto se nanaša na osnovna načela prenosa toplote, ki poteka preko sevanja, prevoda in konvekcije. V sorazmerno velikih sistemih se uporabljajo razširjene površine, toplotne cevi, fazno-spremenljive tekočine, ventilatorji in hidravlični tokokrogi. Vedno boljše poznavanje nano- do mikro-sistemov pa omogoča bistveno večje gostote moči s potencialno prehodnimi, nihajočimi ali gibajočimi visoko- oziroma nizkotemperaturnimi točkami, in s tem nove zahteve za upravljanje s toploto.
Z napredkom na področju fizike trdne snovi in materialoc so bila v zadnjem času vzpostavljena nova temeljna načela na področju toplote, ki lahko vodijo do nastavljivih toplotnih lastnosti materialov. Tako trdne snovi kot tekočine je mogoče uporabiti za sestavo različnih vrst toplotnih kontrolnih elementov (TCE): toplotni vodniki, toplotni upori, toplotna stikala, toplotni regulatorji, toplotne diode in toplotni kondenzatorji. Ti elementi lahko upravljajo toploto na analogen način, kot elektronske naprave nadzorujejo elektriko. T.j., lahko jo shranijo, blokirajo, usmerjajo in nadzorujejo intenzivnost toplotnega toka ali njegovo smer. S kombiniranjem teh elementov v integrirana vezja (toplotne tokokroge, TCC) je mogoče doseči nove načine upravljanja s toploto v različnih aplikacijah, odnaprav za pretvorbo energije v vesolju, senzorjev in sistemov za zaznavanje, naprav, ki se ukvarjajo s toplotno občutljivimi biološkimi tkivi, do sistemov za pretvorbo energije in shranjevanje toplotne energije, vključno s pogonskimi sklopi. TCE in TCC najbolj neposredno predstavljajo pomemben del upravljanja s toploto v (mikro)elektronskih napravah in sistemih v prihodnosti. Vendar pa naše razumevanje TCE še ni dovolj dobro, zato TCC še niso bili razviti. Znanje o potencialno ustreznih materialih, o mehanizmih delovanja in o povezovanju TCE med seboj je ključnega pomena za razvoj TCC v smeri dejanske uporabe. Za vključitev obstoječega in novega znanja v realistične naprave je nujen razvoj prvega odprtokodnega numeričnega orodja na svetu, ki omogoča simulacije in oceno delovanja TCE in TCC, pred preizkusom le-teh v realnem okolju.
Glavni cilj tega projekta je razviti odprtokodno numerično orodje s stalno posodobljeno knjižnico materialov ali kompozitov (njihovih lastnosti) in TCE (njihovih značilnosti), in z možnostjo načrtovanja, oblikovanja in ovrednotenja TCC in logičnih TCC. Zaradi širine raziskovalnega področja bo prva različica orodja osredotočena na numerično analizo hladilnih sistemov, toplotnih črpalk in mehanizmov proizvodnje električne energije na mikroskali (in nižje) ter upravljanja s toploto v mikro- in močnostnih elektronskih napravah. Orodje bo razvito na način, ki bo omogočal kasnejšo nadgradnjo z drugimi vrstami sistemov, kot so (mikro)fluidni sistemi za upravljanje s toploto, sistemi za mikro-hlajenje in toplotne črpalke na osnovi plinov ali tekočin. Novejše različice orodja bodo tako nudile veliko večji spekter potencialnih aplikacij.
Orodje bo predstavljalo osnovo za oceno prehodnih in stacionarnih značilnosti na novo izoblikovanih modelov. Služilo bo kot trdna podlaga za raziskovalce, ki se ukvarjajo z upravljanjem s toploto, pa tudi kot platforma, ki bo povezovala raziskovalce z različnih področij (npr. znanost o materialih, kemija, elektrotehnika, strojništvo, fizika kondenzirane snovi). Vsak uporabnik bo lahko v knjižnico dodal značilnosti svojih TCE in izmenjal izkušnje ter pridobljeno znanje z drugimi.