מעבדה למכאניקת הזרימה ומעבר חום ותוכנת COMSOL Multiphysics®

מאת: ד"ר גד פנחסי

המחלקה להנדסת כימיה, אוניברסיטת אריאל בשומרון

פברואר 2026

1. כללי

"המעבדה למכאניקת הזרימה ומעבר חום" (Fluid Mechanics and Heat transfer Lab.) במחלקה להנדסת כימיה ב"אוניברסיטת אריאל בשומרון", מבצעים מחקר ופתוח בנושאי "תופעות מעבר" (Transport Phenomena) – ניתוח שדה זרימה, מעבר חום ומסה. המחקרים משלבים עבודה תאורטית, נומרית ונסיונית. התוכנה משמשת למחקר. וכן להוראה בפרויקטים לתואר ראשון ולתארים מתקדמים.

אחד הכלים החשובים במעבדה היא תוכנת ניתוח נומרית COMSOL MultiPhysics כתוכנת Computational Fluid Dynamics- CFD לניתוח שדה זרימה, בשילוב תהליכים פיזיקליים נוספים, כמו מעבר חום, דיפוזיה ושדה חשמלי. זאת תוך ניצול יתרון כתוכנה ייחודית לחקר תופעות משולבות.

2. פרויקטים לדוגמה

להדגמת יתרונה של התוכנה ככלי מתקדם לסימולציה של תופעות מורכבות, מוצגות מספר עבודות שנחקרו במעבדה.

2.1 משאבת בועה

מטרת העבודה הינה פתוח מיקרו-משאבה ללא חלקים נעים. משאבה זו יכולה לשמש למשל כמערכת קירור בתוך רכיבים אלקטרוניים, על ידי הזרמת נוזל קירור. במסגרת המחקר נבנה מודל של מיקרו-משאבות המונעות על ידי יצירת בועה בתוכנה.

מהות העבודה מתארת תא בו גדלה בועת אדים בנוזל עקב חימום, הדוחקת נוזל דרך נחירים מתבדרים-מתכנסים לצורך הכוונת כיוון הזרימה. המודל מדמה את הופעת הבועה גדילתה וקריסתה, והזרימה המושרת עקב כך.

אתגרים מרכזיים נובעים מבעיה תלויה בזמן, בשילוב מעבר חום וזרימה, בגבול נע בין אדים לנוזל, מעבר חום ומסה דרך גבול הבועה.

Pinhasi, G.A., Pe'er, M. and Ullmann, A. (2019) “Numerical Analysis of Bubble Powered Micropump”, Proceedings of COMSOL Conference 2019, Cambridge, September 24–26.

2.2 ניתוח אלקטרו-תרמי של סוללות נטענות

מטרת העבודה היא פיתוח מודל תאור תהליך הפעולה של סוללה ניטענת מסוג לתיום-יון. במסגרת המחקר נבנה מודל של תא בתוכנה והתוצאות הושוו לתוצאות ניסויים בהם נמדדה הטמפרטורה הפנימית בתא שיוצר במיוחד למחקר.

מהות העבודה מתארת תא אלקטרו כימי בסיסי הכולל ניתוח של התהליכים האלקטרו-כימיים, דיפוזיה, יצירת חום והעברתו. המודל שניבנה משמש לחיזוי תגובת הטמפרטורה בסוללה ובמערך סוללות במהלך פעולתם.

אתגרים מרכזיים נובעים מבעיה תלויה בזמן, בשילוב מעבר חום, דיפוזיה ושדה חשמלי, כאשר התא מורכב מתא בסיסי מלופף.

2.3 תיכון תרמי של מערך סוללות

מטרת המחקר נסיוני ותאורטי ללמוד על יצירה ופינוי החום במערכות סוללות נטענות. במהלך המחקר יושמה והותאמה תוכנת ניתוח נומרי, לניתוח התופעה ונחזות מצבי קיצון של התחממות.

מהות העבודה מתארת מערך סוללות נטענות הכולל ניתוח של התהליכים של יצירת חום והעברתו. המודל שניבנה משמש לחיזוי תגובת הטמפרטורה בסוללה ובמערך סוללות במהלך פעולתם.

אתגרים מרכזיים נובעים מבעיה תלויה בזמן, בשילוב מעבר חום, וזרימה בהסעה טבעית ומאולצת של זורם בין בתאים: אויר או שמן.

3. סיכום

®COMSOL MultiPhysics היא תוכנת ניתוח נומרית מהווה כלי הכרחי וייחודי בניתוח בעיות מרכזיות מורכבות ולמחקר מתקדם ב"תופעות המעבר". התוכנה מאפשרת לימוד בזמן קצר והתנסות בשילוב בעיות מורכבות בכלי אחד. ובכך משרתת נאמנה את המחקר במעבדה.