本文關(guān)鍵詞：粗糙固體表面對流動與傳熱影響機(jī)理的分子動力學(xué)模擬研究

  更多相關(guān)文章： 納尺度 分子動力學(xué) 速度滑移 溫度階躍 顆粒流

【摘要】：納尺度流動與傳熱在微機(jī)電系統(tǒng)、航天技術(shù)及生物醫(yī)學(xué)等方面都有著廣泛的應(yīng)用,該研究對于探索微觀運(yùn)動傳遞規(guī)律具有重要的科學(xué)意義。當(dāng)宏觀尺度轉(zhuǎn)為納尺度,流動通道尺度急劇減少,比表面積也隨之急劇增加,表面粗糙對流動與傳熱作用也相應(yīng)凸顯。表面粗糙度對流動與傳熱的影響機(jī)理研究已經(jīng)成為當(dāng)前微尺度傳熱傳質(zhì)研究中的重要前沿?zé)狳c(diǎn)問題。在納尺度系統(tǒng)中,物質(zhì)輸運(yùn)和能量傳遞均發(fā)生在一個受限的納尺度空間中,導(dǎo)致出現(xiàn)了表面粗糙度效應(yīng)、壁面速度滑移與溫度階躍效應(yīng)以及黏性耗散效應(yīng)等。為深入揭示這些納尺度效應(yīng)及其發(fā)生機(jī)理,本文建立了粗糙納通道內(nèi)液體熱傳導(dǎo)、粗糙納通道內(nèi)流體流動與傳熱耦合過程以及傾斜粗糙表面上顆粒流動等三個理論模型,采用分子動力學(xué)方法進(jìn)行了數(shù)值模擬,研究了固體粗糙表面對納尺度流動傳熱、速度滑移以及溫度階躍的影響規(guī)律。概括起來,本論文的主要研究內(nèi)容和取得的主要結(jié)論如下：(1)粗糙固體表面溫度階躍的分子動力學(xué)模擬研究表明：在固體壁面附近,液體溫度偏離了線性分布,液固界面處出現(xiàn)了溫度階躍。與光滑表面相比,粗糙度的存在降低了液固界面處的溫度階躍程度。粗糙高度的增加擴(kuò)大了液固相互作用面積,延長了近壁面附近的液體分子與固體之間的能量交換時間,強(qiáng)化了液固界面的能量傳遞,從而使得界面處溫度階躍降低。另外,提高液固相互作用強(qiáng)度或者降低固壁剛度均可使液固界面處溫度階躍程度減小。(2)粗糙納通道內(nèi)流體流動與傳熱耦合過程的分子動力學(xué)模擬研究表明：在外力作用下,納通道主流區(qū)域的速度分布呈拋物線分布,流體流動的黏性耗散使得納通道內(nèi)流體的溫度分布呈現(xiàn)中心區(qū)域高而固壁附近溫度低,并且在壁面附近出現(xiàn)溫度階躍和速度滑移現(xiàn)象。在近壁面區(qū)域內(nèi),流體密度分布出現(xiàn)了有序振蕩現(xiàn)象,表明流體產(chǎn)生了分層分布。表面粗糙度的存在使得流體剪切流動產(chǎn)生了額外的黏性耗散,使得粗糙納通道內(nèi)的流體速度水平小于光滑通道,溫度水平高于光滑通道,并且粗糙表面的速度滑移與溫度階躍均小于光滑通道。另外,固液相互作用強(qiáng)度的增大和壁面剛度的減小均可導(dǎo)致界面處速度滑移和溫度階躍程度降低。(3)傾斜粗糙表面上顆粒流動的分子動力學(xué)模擬研究表明：相比于光滑表面,粗糙表面上顆粒流動的整體速度水平較低,速度滑移程度較小,粗糙表面附近的顆粒填充密度略大。靠近自由表面,顆粒的流動速度大,且在固體表面處存在速度滑移。在顆粒流的中心區(qū)域,填充密度為一常數(shù),但在固體表面附近不存在有序振蕩現(xiàn)象,這與常規(guī)流體流動的密度分布不同。并且,固體表面傾角、顆粒摩擦系數(shù)、固體表面顆粒間距等對顆粒流動行為有著重要影響。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK124

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1 鄭玉明;薩本豪;C.Ngo;L.De Paula;;熱核穩(wěn)定性的動力學(xué)模擬[J];中國原子能科學(xué)研究院年報;1990年00期

2 鄭博愷;羅施中;;粗�；瘎恿W(xué)模擬在膜蛋白研究中的應(yīng)用[J];中國科技論文在線;2011年12期

3 馬云霞;趙慧霞;楊曉峰;;分子動力學(xué)模擬的基本步驟及誤差分析[J];硅谷;2012年03期

4 吳方棣;鄭輝東;劉俊劭;鄭細(xì)鳴;;分子動力學(xué)模擬在化工中的應(yīng)用進(jìn)展[J];重慶理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué));2013年10期

5 商志才;;液體氬結(jié)構(gòu)的分子動力學(xué)模擬[J];紹興師專學(xué)報;1992年05期

6 熊大曦,李志信,過增元;氬氣熱力學(xué)參數(shù)和輸運(yùn)系數(shù)的分子動力學(xué)模擬[J];清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);1997年11期

7 岳雅娟;劉清芝;伍聯(lián)營;胡仰棟;;有機(jī)分子在聚乙烯膜中擴(kuò)散過程的分子動力學(xué)模擬[J];化工學(xué)報;2012年01期

8 劉娟芳,曾丹苓,劉朝,王德明;分?jǐn)?shù)布朗函數(shù)在分子動力學(xué)模擬中的應(yīng)用[J];工程熱物理學(xué)報;2004年02期

9 羅彬賓;李祥;陳云飛;;超薄水膜剪切流的分子動力學(xué)模擬[J];機(jī)械工程學(xué)報;2007年09期

10 霍德鴻,梁迎春,曲世民;微型機(jī)械力學(xué)行為的分子動力學(xué)模擬研究進(jìn)展[J];江蘇機(jī)械制造與自動化;2001年04期

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1 黃慶生;吳洪明;吳建華;;用納米孔道測定蛋白質(zhì)序列的分子動力學(xué)模擬[A];第八屆全國生物力學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2006年

2 岳紅偉;王艷;陳光巨;;不同的識別劑、剪切劑對接到DNA上的動力學(xué)模擬比較[A];中國化學(xué)會第27屆學(xué)術(shù)年會第14分會場摘要集[C];2010年

3 言天英;高學(xué)平;Gregory A．Voth;;分子動力學(xué)模擬離子液體的結(jié)構(gòu)與動力學(xué)性質(zhì)[A];中國化學(xué)會第九屆全國量子化學(xué)學(xué)術(shù)會議暨慶祝徐光憲教授從教六十年論文摘要集[C];2005年

4 黃世萍;;分子篩中烷烴的甲基旋轉(zhuǎn)動力學(xué):分子動力學(xué)模擬研究[A];中國化學(xué)會第26屆學(xué)術(shù)年會理論化學(xué)方法和應(yīng)用分會場論文集[C];2008年

5 田國才;華一新;;分子動力學(xué)模擬研究離子液體中水分子的光譜和動力學(xué)[A];中國化學(xué)會第26屆學(xué)術(shù)年會理論化學(xué)方法和應(yīng)用分會場論文集[C];2008年

6 王后芳;雷鳴;;小分子抑制劑與甲狀腺結(jié)合前清蛋白對接,分子動力學(xué)模擬及結(jié)合自由能計算研究[A];中國化學(xué)會第26屆學(xué)術(shù)年會化學(xué)信息學(xué)與化學(xué)計量學(xué)分會場論文集[C];2008年

7 張輝;李全偉;李英;李志強(qiáng);;泡沫液膜的分子動力學(xué)模擬及泡沫析液機(jī)制的研究[A];中國化學(xué)會第十二屆膠體與界面化學(xué)會議論文摘要集[C];2009年

8 徐愛進(jìn);周哲瑋;胡國輝;;固體平板上超薄水膜潤濕過程的分子動力學(xué)模擬[A];慶祝中國力學(xué)學(xué)會成立50周年暨中國力學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)大會’2007論文摘要集（下）[C];2007年

9 張繼偉;卞富永;施國軍;徐四川;;多巴胺在細(xì)胞膜中擴(kuò)散和透過分子動力學(xué)模擬研究[A];第八屆全國化學(xué)生物學(xué)學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2013年

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1 ;曙光超級計算機(jī)縮短病毒研究時間[N];中國電子報;2006年

2 記者 耿挺;鋁如何對人體造成傷害[N];上�？萍紙�;2014年

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1 張云安;微尺度下單晶硅疲勞失效機(jī)理的分子動力學(xué)模擬研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

2 于華;蛋白質(zhì)—肽相互作用的分子動力學(xué)模擬研究[D];浙江大學(xué);2015年

3 張仕通;層狀復(fù)合金屬氫氧化物理論模擬分子力場的建立及其結(jié)構(gòu)拓?fù)滢D(zhuǎn)變研究[D];北京化工大學(xué);2015年

4 馮婷婷;幾種重要疾病蛋白和抑制劑相互作用機(jī)理的分子動力學(xué)模擬研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

5 鄭耀庭;金屬表面初期氧化行為的原位拉曼實(shí)驗(yàn)及分子動力學(xué)模擬[D];華東理工大學(xué);2015年

6 馮文玲;電離、電子貼附解離和氧負(fù)離子—甲烷分子反應(yīng)的從頭算動力學(xué)模擬[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

7 孫浩;糖原合成酶激酶-3β結(jié)構(gòu)與功能的動力學(xué)模擬研究[D];浙江大學(xué);2009年

8 陳林;極端嗜熱蛋白結(jié)構(gòu)與功能的分子動力學(xué)模擬研究[D];吉林大學(xué);2013年

9 王瑩;基于分子動力學(xué)模擬的兩種重要蛋白結(jié)構(gòu)與功能研究[D];上海交通大學(xué);2012年

10 薛嶠;分子動力學(xué)模擬在生物大分子體系中的應(yīng)用[D];吉林大學(xué);2014年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 代春月;白細(xì)胞介素IL-8及受體CXCR1的分子動力學(xué)模擬[D];華南理工大學(xué);2015年

2 王正;RO/R_2O-Al_2O_3-SiO_2熔體粘度特性的分子動力學(xué)模擬[D];山東建筑大學(xué);2015年

3 鐘建峰;抑雜劑與離子型稀土礦中鋁雜質(zhì)相互作用的分子動力學(xué)模擬分析[D];江西理工大學(xué);2015年

4 相敏;金屬熔體特征溫度的分子動力學(xué)模擬[D];西安工業(yè)大學(xué);2015年

5 胡立梅;蛋白質(zhì)在材料表面吸附的分子動力學(xué)模擬[D];山東大學(xué);2015年

6 趙智博;兩種與癌癥相關(guān)的酶的結(jié)構(gòu)與活性的分子模擬研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

7 黎迪暉;水堿浸泡條件下環(huán)氧樹脂的性能演化與分子動力學(xué)模擬[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

8 郭子鳳;碲基材料熱導(dǎo)率的分子動力學(xué)模擬[D];廣西大學(xué);2015年

9 李晶晶;服飾皮革材料熱穩(wěn)定性的分子動力學(xué)模擬研究[D];武漢紡織大學(xué);2015年

10 侯銀菊;鋁熔化各向異性的分子動力學(xué)模擬[D];山西大學(xué);2014年

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本文編號：1268713