طوّر فريق من الهندسة الميكانيكية في جامعة إلينوي ألواحًا باردة من النحاس النقي مصنعة بواسطة الطباعة ثلاثية الأبعاد، قادرة على تقليل استهلاك الطاقة في تبريد مراكز البيانات بنسبة تصل إلى 98%. يكمن السر في التحسين الطوبولوجي، الذي يُنتج زعانف ذات أشكال مدببة وحواف مسننة من المستحيل تحقيقها باستخدام تقنيات التصنيع التقليدية. هذا التقدم، الذي نُشر في مجلة Cell Reports Physical Science، قد يُحدث تحولًا في الإدارة الحرارية لصناعة الرقمنة.
التحسين الطوبولوجي والتوصيل الحراري في النحاس النقي 🔥
التحسين الطوبولوجي هو طريقة حسابية تعيد توزيع المادة ضمن حجم تصميم معين لتعظيم الأداء الحراري تحت قيود محددة. في هذه الحالة، أنشأ الخوارزم أشكالًا هندسية عضوية ذات زعانف مسننة وقمم حادة تزيد من مساحة التلامس مع المبرد دون إضافة كتلة كبيرة. سمحت الطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام النحاس النقي، وهو مادة ذات موصلية حرارية عالية ولكن يصعب معالجتها، بتجسيد هذه الهياكل. تُظهر محاكاة نقل الحرارة أن التدفق المضطرب الناتج عن الحواف غير المنتظمة يستخلص الحرارة بكفاءة أكبر بكثير من الزعانف المستقيمة التقليدية. والنتيجة هي نظام يقلل استهلاك التبريد من 30% إلى 1.1% من إجمالي الطاقة في مركز البيانات.
تصور الأشكال الهندسية المستحيلة لتبريد المستقبل 🧊
التمثيل البصري لهذه الزعانف المسننة أساسي لفهم طريقة عملها. من خلال النماذج ثلاثية الأبعاد ومحاكاة ديناميكا الموائع الحسابية (CFD)، يُلاحظ كيف يتسارع سائل التبريد عند اصطدامه بالقمم، مما يُحدث دوامات دقيقة تكنس الحرارة من سطح النحاس. مقارنة بمشتت حراري مسطح، تكون كثافة التدفق الحراري أكبر بخمس مرات. هذا المزيج من التصور العلمي والتصنيع الإضافي يفتح الباب أمام تصاميم كانت تُعتبر سابقًا غير قابلة للتنفيذ، مما يُثبت أن شكل المادة لا يقل أهمية عن تركيبها لتحقيق كفاءات طاقة ثورية.
ما هي انعكاسات الطوبولوجيا القصوى للنحاس المطبوع ثلاثي الأبعاد على الكفاءة الحرارية وكثافة الطاقة في مراكز البيانات مقارنة بحلول التبريد التقليدية
(ملاحظة: تصور المواد على المستوى الجزيئي يشبه النظر إلى عاصفة رملية بعدسة مكبرة.)