مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تحلیل مقاومت جریان آب در نانوکانالها با استفاده از شبیهسازی غیر تعادلی دینامیک مولکولی

نویسندگان
دانشگاه هرمزگان
چکیده
در این مقاله، از شبیه‌سازی غیر تعادلی دینامیک مولکولی جهت مطالعه تأثیرات خواص سطح و دمای سیستم بر رفتار هیدرودینامیکی و انتقال حرارتی مولکول‌های آب در نانو کانال استفاده شده است. در این مطالعه که بر اساس شبیه‌سازی دینامیک مولکولی است از پتانسیل الکتریکی و پتانسیل لنارد- جونز برای مدل کردن برهم‌کنش‌های بین ذرات استفاده‌شده است. نیروهای خارجی به مرکز جرم هر یک از مولکول‌های آب در جهت محور xاعمال شده‌اند تا جریان برقرار شود و سپس رفتار مولکول-های آب تحلیل شده است. برای ساخت مدل دیواره، از دو صفحه جامد سیلیسیم استفاده شده است و برای ثابت نگه‌داشتن دمای سیستم از ترموستات نوز- هوور استفاده شده است. شدت برهم‌کنش 〖(ε〗_(Si-W)) بین اتم‌های دیواره و اتم اکسیژن آب، جهت نشان دادن میزان مختلف خیس شوندگی سطح تنظیم شده است و مقادیر بیشتر 〖(ε〗_(Si-W)) باعث ایجاد سطحی آب دوست‌تر می‌شود. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که دمای سیستم و شدت برهم‌کنش 〖 ε〗_(Si-W)در تعیین مشخصات نانو کانال‌ها و مقاومت جریان آب محبوس شده مهم است. دراگ مقاومتی در سطح سیال و دیواره با افزایش میزان خیس شوندگی دیواره 〖(ε〗_(Si-W))، افزایش خواهد یافت. همچنین اتلاف حرارتی سیستم با افزایش دراگ مقاومتی در سطح مشترک سیال و دیواره، افزایش می‌یابد و درنهایت شار حرارتی سیستم کاهش خواهد یافت.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Flow Resistance Analysis of Water flow in the nanochannels with using Non-equilibrium Molecular Dynamics Simulation.

نویسندگان English

Younes Bakhshan
Alireza Shadloo
چکیده English

In this paper, non-equilibrium molecular dynamic simulation has been employed to study the effect of wall interfacial properties and temperature of system on the hydrodynamics and heat transfer of water molecules in a nanochannel. The charges and Lennard-Jones potential are used to modeling the interactions between particles. The external forces are applied to the mass center of every water molecule in the x direction to create its flow and the thermal and hydrodynamics behavior of the water molecules was then analyzed. To construct the wall pore model, two silicon solid surfaces were used and the temperature of system has been controlled by utilizing Nose-Hoover thermostat. The interaction strength 〖(ε〗_(Si-W)) between wall atoms and water's oxegen atoms were adjusted to indicate different surface wettability or wall–fluid interaction. The higher value of 〖(ε〗_(Si-W)) , causes the higher hydrophilic wall interface. The simulation results showed that the interaction strength, (ε_(Si-W)) and temperature of system is important in determining the nanorheology of the nanochannel and flow resistance of the confined water. The drag resistance at the solid–fluid interface will increase with increasing the hydrophilicity of walls 〖(ε〗_(Si-W)). Also the heat dissipation of system will increase, with increasing the drag resistance at the solid–fluid interface, and it results, the heat flux of system will decrease.

کلیدواژه‌ها English

molecular dynamics
Nano-channel
water molecule
Friction
non-equilibrium