Otimização da retificação térmica de diodos térmicos baseados em cristais líquidos nemáticos através de algoritmos genéticos

Resumo

Neste projeto, estudamos diodos térmicos formados a partir do confinamento geométrico de cristais líquidos nemáticos, que são materiais que exibem propriedades intermediárias entre sólidos cristalinos e líquidos convencionais isotrópicos. Na fase nemática, as moléculas do cristal líquido apresentam alinhamento na direção de um campo diretor. Esta propriedade pode levar a efeitos de anisotropia térmica (OMAR, 1975). Utilizaremos os métodos de elementos finitos (FORTUNA, 2000) para simular o fluxo de calor ao longo das estruturas dos dispositivos. Um diodo térmico construído a partir de cristais líquidos confinados em um cilindro foi proposto e investigado por (MELO, 2016). Uma modificação foi proposta por (SILVA, 2018) que verificou uma otimização na retificação térmica ao realizar uma pequena deformação na geometria em formato de tronco de cone e verificou que a retificação foi inversamente proporcional à razão do raio menor pelo raio maior Rr. Em nosso trabalho, investigamos o regime de grandes deformações (isto é, Rr << 1), obtendo uma solução aproximada para as equações de Euler-Lagrange que definem a orientação do campo diretor de uma molécula na configuração de mínima energia (CLADIS, 1972). Em seguida, é realizada a simulação de elementos finitos para a equação do calor no sistema, o que permite determinar a retificação térmica ao comparar os fluxos de calor nas direções de propagação direta e inversa. Por fim, empregamos algoritmos genéticos (FORREST, 1996) com o intuito de otimizar a retificação térmica em função dos parâmetros geométricos, térmicos e moleculares do dispositivo.