傳統(tǒng)的固體懸浮液雖能夠提升流體的導(dǎo)熱換熱性能,但是仍然存在著易沉淀,粘度過大等諸多缺點(diǎn),實(shí)際應(yīng)用有限。而新世紀(jì)發(fā)展起來的在工質(zhì)中添加納米顆粒形成的納米流體則突破了諸多限制,成為熱門的研究課題。目前學(xué)者對(duì)納米流體的研究主要集中在常溫區(qū)段,對(duì)流體處于超臨界狀態(tài)的情形研究較少。本文使用分子動(dòng)力學(xué)方法對(duì)超臨界條件的Cu-水納米流體開展了模擬研究,研究了Cu-水納米流體的導(dǎo)熱系數(shù)和粘度等重要熱物理性質(zhì)參數(shù)的變化規(guī)律。論文選取SPC/E、TIP3P、TIP4P三種水模型模擬計(jì)算了水的密度和導(dǎo)熱系數(shù)等參數(shù),經(jīng)過對(duì)比,最后選取TIP4P模型作為本文水的勢(shì)能模型,計(jì)算了不同溫度下TIP4P模型得到的導(dǎo)熱系數(shù)和粘度等參數(shù),發(fā)現(xiàn)TIP4P模型在高溫區(qū)得到的導(dǎo)熱系數(shù)和粘度相比常溫更加準(zhǔn)確,而密度誤差相比常溫則更大。利用平衡分子動(dòng)力學(xué)對(duì)納米流體在超臨界條件下的導(dǎo)熱系數(shù)以及粘度模擬研究后發(fā)現(xiàn):當(dāng)環(huán)境溫度越高時(shí),納米流體的導(dǎo)熱系數(shù)越大,甚至在超臨界條件下納米流體的導(dǎo)熱系數(shù)相比純水增加3倍以上;顆粒所占流體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大,納米流體的導(dǎo)熱系數(shù)越大,并且相比常溫,超臨界條件下納米流體的導(dǎo)熱系數(shù)隨顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增幅更大;... 

【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：66 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

周期性邊界示意圖

有的模擬工作都是在 LAMMPS 中完成的。模擬的初始模型如圖 3-1 所示：子的總大小為 3.1nm×3.1nm×3.1。模型整體由 1000 個(gè)水分子組成，其中子的氧原子都位于模型的 fcc 的晶格點(diǎn)上。在模擬中使用 Velocity-Verlet 算動(dòng)方程進(jìn)行積分運(yùn)算。模擬中 293K 的模型的時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置為 1fs。模型首T 系綜運(yùn)行 800000 時(shí)間步以達(dá)到設(shè)定的溫度和壓力（壓力在常溫下設(shè)定為其他溫度區(qū)段設(shè)為該溫度下的飽和蒸汽壓，673K 時(shí)設(shè)為 25MPa）。其中在 N使用 Nose-Hoover 控溫控壓方法設(shè)置的阻尼時(shí)間分別為 100fs 和 1000fs（對(duì)長(zhǎng)為 0.1fs 的模型則分別為 10fs 和 100fs）。然后整個(gè)系統(tǒng)再在 NVE 系綜中000 時(shí)間步，最后為了計(jì)算模擬值，讓系統(tǒng)在 NVE 系綜中繼續(xù)運(yùn)行 3000。在運(yùn)行中，每 5 時(shí)間步計(jì)算一次熱流，相關(guān)長(zhǎng)度設(shè)置為 2000 以獲得熱流數(shù)。對(duì)于水分子，使用SHAKE算法固定鍵長(zhǎng)和鍵角。模擬中使用精度為1× M 算法來計(jì)算分子間的長(zhǎng)程靜電相互作用，并且在計(jì)算相互作用時(shí)使用長(zhǎng)爾斯校正以獲得更為精確的模擬結(jié)果。

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文4 超臨界條件下納米流體的導(dǎo)熱系數(shù)研究本章在前面的基礎(chǔ)上，選用 TIP4P 模型研究在水中加入納米級(jí)顆粒后形成流體的導(dǎo)熱系數(shù)的變化，主要研究了溫度、納米顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、納米顆粒的個(gè)影響納米流體導(dǎo)熱系數(shù)的因素。1 初始設(shè)定和模擬方法本次的工作納米流體的初期模型包括 2 部分：一部分是基液部分，另一部米顆粒。模擬的盒子的總大小為 5.1nm×3.1nm×3.1�；翰糠质怯� 1000 個(gè)組成，其大小為 3.1nm×3.1nm×3.1。納米顆粒是一個(gè)半徑為 5.9 的球形銅顆始模型的所有原子都位于 FCC 的晶格點(diǎn)。初始模型如圖 4-1。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]銅/水納米流體導(dǎo)熱系數(shù)分子動(dòng)力學(xué)研究[J]. 邱騰蛟,王浩昌.  河南科技. 2015(19)
[2]CuO-H2O納米流體強(qiáng)化換熱的數(shù)值模擬[J]. 孫超杰,孫保民,鐘亞峰,姜家宗.  熱能動(dòng)力工程. 2015(02)
[3]基于粗粒化水分子模型的Cu-H2O納米流體黏度模擬[J]. 何昱辰,劉向軍.  力學(xué)學(xué)報(bào). 2014(06)
[4]納米二硫化鉬潤滑油的摩擦學(xué)性能和傳熱行為研究[J]. 萬慶明,金翼,丁玉龍.  潤滑與密封. 2013(06)
[5]分子動(dòng)力學(xué)模擬超臨界水微觀結(jié)構(gòu)及自擴(kuò)散系數(shù)[J]. 張乃強(qiáng),徐鴻,白楊.  中國電力. 2011(12)
[6]Al2O3-H2O納米流體的導(dǎo)熱性能[J]. 朱冬生,李新芳,汪南,王先菊,李華,楊碩.  華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2008(11)
[7]超臨界水密度和自擴(kuò)散系數(shù)預(yù)測(cè)的分子動(dòng)力學(xué)模擬[J]. 孫煒,黃素逸,王存文,池汝安.  華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2008(05)
[8]納米技術(shù)在傳熱領(lǐng)域中的應(yīng)用與展望[J]. 彭玉輝,黃素逸,張洪偉.  節(jié)能. 2004(06)
[9]納米流體熱導(dǎo)率和粘度的分子動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算[J]. 范慶梅,盧文強(qiáng).  工程熱物理學(xué)報(bào). 2004(02)
[10]分子模擬與化學(xué)工程[J]. 李以圭,劉金晨.  現(xiàn)代化工. 2001(07)

博士論文
[1]納米流體強(qiáng)化動(dòng)量與熱量傳遞機(jī)理的分子動(dòng)力學(xué)模擬研究[D]. 崔文政.大連理工大學(xué) 2013
[2]流體輸運(yùn)特性和物態(tài)轉(zhuǎn)變的分子動(dòng)力學(xué)研究[D]. 劉娟芳.重慶大學(xué) 2005

碩士論文
[1]水蒸氣凝結(jié)核化和單體生長(zhǎng)的分子動(dòng)力學(xué)模擬[D]. 馮靖伊.華中科技大學(xué) 2017
[2]納米流體傳遞特性的分子動(dòng)力學(xué)模擬[D]. 程飛.大連理工大學(xué) 2016
[3]納米流體傳遞現(xiàn)象的分子動(dòng)力學(xué)模擬[D]. 康宏博.上海理工大學(xué) 2011
[4]納米流體的熱物理特性研究[D]. 郭順?biāo)?浙江大學(xué) 2006



本文編號(hào)：3584944