納米流體中表面活性劑界面層傳熱特性的分子動力學(xué)模擬
發(fā)布時間:2021-03-08 04:34
納米流體中固-液界面?zhèn)鳠嶂苯佑绊懫鋵?dǎo)熱性能,但目前對顆粒上表面活性劑吸附層在界面?zhèn)鳠嶂械淖饔脵C制仍缺乏定量研究。本文采用非平衡分子動力學(xué)方法研究Cu-Ar納米流體中表面活性劑界面層的傳熱特性及微觀機理,研究了納米顆粒/表面活性劑界面熱導(dǎo)和表面活性劑層熱導(dǎo)率的變化規(guī)律。結(jié)果表明:隨著納米顆粒與表面活性劑頭基原子間的結(jié)合強度增大,界面熱導(dǎo)顯著增大,且顆粒曲率較大的界面?zhèn)鳠嵝瘦^高;表面活性劑層本體熱導(dǎo)率隨界面結(jié)合強度及曲率的變化均不明顯。振動能譜分析表明,表面活性劑頭基原子彌合了Cu/Ar界面原子的振動失配,促進了固-液界面熱傳遞。通過分析表面活性劑界面吸附密度與曲率的變化關(guān)系,探討了曲率影響界面?zhèn)鳠岬膬?nèi)在機理。
【文章來源】:工程熱物理學(xué)報. 2020,41(11)北大核心
【文章頁數(shù)】:8 頁
【部分圖文】:
圖1模擬體系的初始結(jié)構(gòu)(a)和平衡弛豫后的模擬體系(b)??Fig.?1?the?initial?status?of?the?simulation?system?(a)?and?the??simulation?system?after?equilibrium?relaxation?(b)??
ctivity?of??surfactant?layer?k\?(rp=2.0?nm)??所示,隨3值增大從約100?MW_m-2_K-1增大??至約400?MWth-2_K-\以上結(jié)果表明,頭基原子與??表面金屬原子間的強L-J作用勢促進了界面熱傳遞,??使得表面活性劑吸附作用下的復(fù)合界面體系整體傳??290??280??270??260??250??240??r/nm??C;??290??280??270??260??250??240??r/nm??圖5從納米顆粒到流體基液的溫度分布(a)顆粒表面無表面活??性劑包覆;(b)有表面活性劑包覆(rp=2.0?nm,/5=6.0)??Fig.?5?Temperature?distribution?from?nanoparticleto?base??fluid?(a)?bare?nanoparticle;?(b)?surfactant-coated?nanoparticle??(rp=2.0?nm,?/3=6.0)??165??120??110??0.10??0.05??0.00,??0?10?20?30??400??w/THz??10?20?30?40??圖7界面原子的振動能譜(a);不同界面結(jié)合強度下的Cu原??子振動能譜(b)??Fig.?7?Vibrational?power?spectrum?of?the?interface?atoms?(a):??insert?map:?vibrational?power?spectrum?of?copper?atoms?at??different?interfacial?binding
CF進行快速傅里葉變換(Fast?Fourier??transform,?FFT)得到原子的振動能譜(t是VACF??的總觀察時間,共100000個時間步長):??+)」廠’2?C?⑷?e-i,:?(9)??T?J-t/2??圖7(a)顯示了?Cu和Sur的振動能譜以及相同??條件下無表面活性劑吸附(/?=1.〇)時Cu/Ar界面的??Cu原子振動能譜。由圖可見,在5?15?THz頻率范??90??60??0.3?0.4?0.5?0.6?0.7?0.8?0.9??l/rn??圖6界面結(jié)合強度對界面熱導(dǎo)Gfc和表面活性劑層熱導(dǎo)率fc!??的影響(r*p=2.0?nm)??Fig.?6?Effect?of?interfacial?binding?strength?on?interfacial??thermal?conductance?Gk?and?thermal?conductivity?of??surfactant?layer?k\?(rp=2.0?nm)??所示,隨3值增大從約100?MW_m-2_K-1增大??至約400?MWth-2_K-\以上結(jié)果表明,頭基原子與??表面金屬原子間的強L-J作用勢促進了界面熱傳遞,??使得表面活性劑吸附作用下的復(fù)合界面體系整體傳??290??280??270??260??250??240??r/nm??C;??290??280??270??260??250??240??r/nm??圖5從納米顆粒到流體基液的溫度分布(a)顆粒表面無表面活??性劑包覆;(b)有表面活性劑包覆(rp=2.0?nm,/5=6.0)??Fig.?5?Temperature?
【參考文獻】:
期刊論文
[1]納米顆粒聚集形態(tài)對納米流體導(dǎo)熱系數(shù)的影響[J]. 張智奇,錢勝,王瑞金,朱澤飛. 物理學(xué)報. 2019(05)
[2]位錯和層錯對氮化鎵熱導(dǎo)率影響的分子動力學(xué)模擬[J]. 呂振亞,方海生. 工程熱物理學(xué)報. 2018(05)
[3]顆粒表面吸附層對納米流體導(dǎo)熱系數(shù)貢獻的分子動力學(xué)研究[J]. 王新,敬登偉. 工程熱物理學(xué)報. 2017(07)
[4]分散劑對納米流體影響的研究進展[J]. 李興,汪昭瑋,孫一峰. 材料導(dǎo)報. 2015(23)
[5]納米流體直接吸收式太陽能中溫集熱與熱損分析[J]. 徐國英,陳偉,張小松,孫岳明. 工程熱物理學(xué)報. 2015(05)
[6]界面層強化納米流體熱導(dǎo)率特性分析[J]. 趙寧波,聞雪友,李淑英. 哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報. 2015(04)
[7]基于粒子吸附層的納米流體有效導(dǎo)熱系數(shù)模型[J]. 莫松平,陳穎,李興,楊潔影,羅向龍. 材料導(dǎo)報. 2014(10)
本文編號:3070421
【文章來源】:工程熱物理學(xué)報. 2020,41(11)北大核心
【文章頁數(shù)】:8 頁
【部分圖文】:
圖1模擬體系的初始結(jié)構(gòu)(a)和平衡弛豫后的模擬體系(b)??Fig.?1?the?initial?status?of?the?simulation?system?(a)?and?the??simulation?system?after?equilibrium?relaxation?(b)??
ctivity?of??surfactant?layer?k\?(rp=2.0?nm)??所示,隨3值增大從約100?MW_m-2_K-1增大??至約400?MWth-2_K-\以上結(jié)果表明,頭基原子與??表面金屬原子間的強L-J作用勢促進了界面熱傳遞,??使得表面活性劑吸附作用下的復(fù)合界面體系整體傳??290??280??270??260??250??240??r/nm??C;??290??280??270??260??250??240??r/nm??圖5從納米顆粒到流體基液的溫度分布(a)顆粒表面無表面活??性劑包覆;(b)有表面活性劑包覆(rp=2.0?nm,/5=6.0)??Fig.?5?Temperature?distribution?from?nanoparticleto?base??fluid?(a)?bare?nanoparticle;?(b)?surfactant-coated?nanoparticle??(rp=2.0?nm,?/3=6.0)??165??120??110??0.10??0.05??0.00,??0?10?20?30??400??w/THz??10?20?30?40??圖7界面原子的振動能譜(a);不同界面結(jié)合強度下的Cu原??子振動能譜(b)??Fig.?7?Vibrational?power?spectrum?of?the?interface?atoms?(a):??insert?map:?vibrational?power?spectrum?of?copper?atoms?at??different?interfacial?binding
CF進行快速傅里葉變換(Fast?Fourier??transform,?FFT)得到原子的振動能譜(t是VACF??的總觀察時間,共100000個時間步長):??+)」廠’2?C?⑷?e-i,:?(9)??T?J-t/2??圖7(a)顯示了?Cu和Sur的振動能譜以及相同??條件下無表面活性劑吸附(/?=1.〇)時Cu/Ar界面的??Cu原子振動能譜。由圖可見,在5?15?THz頻率范??90??60??0.3?0.4?0.5?0.6?0.7?0.8?0.9??l/rn??圖6界面結(jié)合強度對界面熱導(dǎo)Gfc和表面活性劑層熱導(dǎo)率fc!??的影響(r*p=2.0?nm)??Fig.?6?Effect?of?interfacial?binding?strength?on?interfacial??thermal?conductance?Gk?and?thermal?conductivity?of??surfactant?layer?k\?(rp=2.0?nm)??所示,隨3值增大從約100?MW_m-2_K-1增大??至約400?MWth-2_K-\以上結(jié)果表明,頭基原子與??表面金屬原子間的強L-J作用勢促進了界面熱傳遞,??使得表面活性劑吸附作用下的復(fù)合界面體系整體傳??290??280??270??260??250??240??r/nm??C;??290??280??270??260??250??240??r/nm??圖5從納米顆粒到流體基液的溫度分布(a)顆粒表面無表面活??性劑包覆;(b)有表面活性劑包覆(rp=2.0?nm,/5=6.0)??Fig.?5?Temperature?
【參考文獻】:
期刊論文
[1]納米顆粒聚集形態(tài)對納米流體導(dǎo)熱系數(shù)的影響[J]. 張智奇,錢勝,王瑞金,朱澤飛. 物理學(xué)報. 2019(05)
[2]位錯和層錯對氮化鎵熱導(dǎo)率影響的分子動力學(xué)模擬[J]. 呂振亞,方海生. 工程熱物理學(xué)報. 2018(05)
[3]顆粒表面吸附層對納米流體導(dǎo)熱系數(shù)貢獻的分子動力學(xué)研究[J]. 王新,敬登偉. 工程熱物理學(xué)報. 2017(07)
[4]分散劑對納米流體影響的研究進展[J]. 李興,汪昭瑋,孫一峰. 材料導(dǎo)報. 2015(23)
[5]納米流體直接吸收式太陽能中溫集熱與熱損分析[J]. 徐國英,陳偉,張小松,孫岳明. 工程熱物理學(xué)報. 2015(05)
[6]界面層強化納米流體熱導(dǎo)率特性分析[J]. 趙寧波,聞雪友,李淑英. 哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報. 2015(04)
[7]基于粒子吸附層的納米流體有效導(dǎo)熱系數(shù)模型[J]. 莫松平,陳穎,李興,楊潔影,羅向龍. 材料導(dǎo)報. 2014(10)
本文編號:3070421
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