مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تاثیر نیروی دیواره بر توزیع دما در نانوکانالهای حاوی سیال لنارد-جونز به روش شبیه‌سازی دینامیک مولکولی

نویسندگان
1 تهران، بزرگراه جلال آل احمد، استاد دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده مهندسی مکانیک، اتاق 317
2 دانشجو/دانشگاه تربیت مدرس
3 استاد/موسسه آموزش عالی صنعتی فولاد
چکیده
در این مقاله انتقال گرما در گاز آرگون بین دو دیوار ساکن از کانال با ابعاد نانو، با استفاده از روش دینامیک مولکولی بررسی شده است. مقایسه بین دقت حل دو‌بعدی و سه‌بعدی نشان می‌دهد که برای مدل کردن اثر نیروی دیواره بر انتقال گرما، دقت حل دینامیک مولکولی دوبعدی کافی نیست. حل دوبعدی مقدار چگالی و دما در نزدیکی دیوارها را کمتر از مقادیر مربوط به حل سه‌بعدی پیش‌بینی می‌کند. در نظر گرفتن اثر ابعاد میدان بر دقت نتایج حل گرمایی نشان داد که ابعاد کانال در راستاهای تناوبی را باید حداقل به اندازه‌ی فاصله پویش آزاد مولکولی گاز در نظر گرفت تا نتایج مستقل از ابعاد میدان گردد. توزیع خواص سیال در عرض کانال نشان می‌دهد که مستقل از اختلاف دمای اعمال شده، وجود نیروی دیواره پروفیل دما و چگالی در گاز را تا فاصله‌ای حدود یک نانومتر از سطح دیوار به شدت تغییر می‌دهد. علاوه بر تغییرات چگالی ناشی از وجود نیروی دیوار در این ناحیه، اختلاف دما بین دیوارها نیز باعث تغییر در توزیع چگالی در مجاورت دیوار می‌شود. افزایش اختلاف دمای دو دیوار به بیشتر از 20 درجه کلوین، تغییر چگالی قابل توجهی به مقدار بیشتر از 5 درصد را نسبت به توزیع چگالی گاز در حالت دیوار همدما بوجود می‌آورد. تغییرات چگالی به وجود آمده در اثر اختلاف دما در مجاورت دیوار، منجر به عدم تطابق پروفیل توزیع دمای بی‌بعد و ضریب انتقال حرارت هدایتی محاسبه شده در گاز برای اختلاف دماهای مختلف می‌شود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

The effect of wall force field on temperature distribution in nanochannel contains Lennard-Jones fluid by molecular dynamic simulation

نویسندگان English

Ghassem Heidarinejad 1
Reza Rabani 2
Ebrahim Shirani 3
1 Tehran, Ale Ahmad Ave, Tarbiat Modares University,Faculty of Mechanical Engineering, Room 317
چکیده English

In this paper heat transfer through argon gas between two stationary walls of a nano sized channel, is investigated by the use of molecular dynamic method. Comparison between two and three-dimensional solutions shows that for accurate modeling of wall force filed on heat transfer, the accuracy of two-dimensional molecular dynamic solution is inadequate. Two-dimensional solution predicts the value for density and temperature less than the value of three-dimensional solution near each wall. Considering the effect of domain size on accuracy of thermal solution shows that domain size should be extended at least for one mean free path in periodic direction to have domain independent results. Distribution of fluid properties in the width of the channel shows that independent of implemented temperature difference, presence of the wall force field changes the temperature and density profile in one nanometer from each wall drastically. In addition to variation in density due to the wall force filed, temperature difference between the walls cause additional variation in density profile near walls. Increasing the temperature difference between the walls to value more than 20 degree, make a notable density variation to more than 5 percent in comparison with gas density distribution in isothermal walls case. Variation in density near walls due to temperature differences leads to mismatch between the non-dimensional temperature profiles and calculated thermal conductivity coefficient of the gas for various temperature differences.

کلیدواژه‌ها English

Surface effect
rarefied gas
temperature profile