發(fā)布時間：2020-12-30 11:05

　　本文采用分子動力學理論對納米流體的流動特性進行了研究。納米流體相比較傳統(tǒng)的傳熱流體,可以大幅提高基礎液體的傳熱能力,這一特點可以使納米流體應用于各種行業(yè)。但是,納米流體傳熱特性的研究有了非常大的發(fā)展,而其流動特性卻很少有人研究,而其流動特性與納米流體的制備、使用以及整體能量的損耗都息息相關。本文應用分子動力學理論,基于Green-Kubo原理計算了包含不同尺寸和聚集形態(tài)納米顆粒的納米流體的粘度,研究了納米顆粒尺寸對以及聚集對粘度的影響。在這部分模擬中,首先計算了純液Ar的粘度,并對所建模型以及計算原理的可靠性進行驗證分析;其次,改變納米顆粒的尺寸,計算了三種納米顆粒尺寸下納米流體的粘度。結果顯示,在納米顆粒體積分數(shù)相同的情況下,納米流體的粘度隨納米顆粒尺寸的減小而增大,這主要是因為納米顆粒尺寸減小會增加納米顆粒的總表面積,從而增大了納米顆粒的總有效體積;最后計算了包含不同納米顆粒聚集形態(tài)的納米流體的粘度。結果顯示,納米顆粒的聚集會增大納米流體的粘度,且其對粘度的影響要比納米顆粒尺寸的影響更顯著。納米流體的應用大部分都涉及在管道內(nèi)流動的情況,本文又模擬了納米流體在無限長寬的平行通道內(nèi)的流... 

【文章來源】：河北工程大學河北省

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

相空間軌跡示意圖

河北工程大學碩士學位論文16發(fā)現(xiàn)可以使用軟球模型作為分子動力學勢能模型，來描述原子之間的相互作用。軟球模型是將模擬體系中的原子都看成一個個的質(zhì)點，每一個質(zhì)點都有它的作用半徑，這個半徑與原子本身的直徑有關系，當原子距離較遠時，原子之間沒有相互作用，當原子位置相距比較近時，根據(jù)原子之間的距離可以計算它們之間的受力情況。在軟球模型中，原子發(fā)生的碰撞并不是像硬球模型中那樣直接接觸，而是隨著距離的靠近，原子之間的斥力會越來越大，從而發(fā)生“碰撞”。軟球模型不僅提高了計算的精確度，也擴展了計算領域。一種典型的勢能模型如下式（2-3f）所示，即Lennard-Jones（L-J）勢能函數(shù)[63]：=4[()12()6](2-3f)式中，代表原子i和原子j之間的勢能函數(shù)，代表原子i和j之間的距離，代表勢能為零時原子i與原子j之間的距離，代表勢阱。圖2-2L-J勢函數(shù)能量圖[2]Fig.2-2ThepotentialenergydiagramofL-J當原子距離較遠時，6次項起主導作用，主要受到原子之間的非鍵作用力，例如范德瓦耳斯力，相比較分子內(nèi)部存在的化學鍵強度，范德瓦耳斯力是非常弱的。但是對于一些惰性氣體而言，它們分子之間是不存在化學鍵的，因此不能忽略范德瓦耳斯力的存在。這也是為何我們研究中使用Lennard-Jones勢能函數(shù)來描述Ar原子之間的相互作用。而當原子距離較近時，12次項起主要作用，且原子間勢能隨著原子距離的減小而迅速增大，從而逐漸阻止兩原子相互靠近。根據(jù)

體系的數(shù)目相比。如果在模擬盒子中采用實際的邊界，由于位于表面和內(nèi)部的分子受力差別較大，可能會出現(xiàn)顯著的表面效應，因此，可以采用周期性邊界條件（Periodic Boundary Condition），來減少原子數(shù)目少對模擬結果的影響。而我們模擬的體系是金屬體系或者是其他的在微觀狀態(tài)下具有邊界的物質(zhì)，它們的表面效應較為明顯，我們就可以直接設置為固態(tài)邊界而非周期性邊界。 周期性邊界條件，即將所模擬的盒子作為中心元胞，其周圍是原子分布以及運動與其完全相同的鏡像盒子。如果有原子從模擬盒子邊界運動出去，則從另一相反方向會有一相同原子進入模擬盒子。這種方式使得模擬盒子的原子種類、密度保持不變，但是增大了模擬體系的體積以及原子數(shù)量。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]CO2制冷系統(tǒng)的氣冷器用納米流體強化換熱的研究[J]. 劉業(yè)鳳,許雙,喬海平,王立根.  節(jié)能技術. 2016(05)

博士論文
[1]噴霧冷卻傳熱特性、傳熱強化及溫度不均勻性研究[D]. 韓豐云.中國科學技術大學 2011

碩士論文
[1]Cu-H2O納米流體受熱運動的分子動力學模擬[D]. 羅稀玉.長沙理工大學 2017
[2]納米流體傳遞現(xiàn)象的分子動力學模擬[D]. 康宏博.上海理工大學 2011
[3]納米流體對太陽能輻射選擇吸收特性的研究[D]. 蔡潔聰.浙江大學 2008



本文編號：2947533