Моделирование течений в нанокластерах методом молекулярной динамики
Аннотация
На основе метода молекулярной динамики предложен алгоритм, впервые позволяющий моделировать плоское течение флюида в наноканалах с перепадом давления. Взаимодействие молекул флюида моделировалось потенциалом твердых сфер или потенциалом Леннард-Джонса. Изучены свойства нанотечений. Показано, что структура флюида в наноканале существенно отличается от его структуры в объеме. Представлены данные о зависимости коэффициента трения флюида на стенке от чисел Кнудсена и Рейнольдса. Установлено, что падение давления существенно зависит от коэффициентов аккомодации (для флюида твердых сфер) или от параметров взаимодействия молекул стенки с молекулами флюида (для флюида Леннард-Джонса).
Ключевые слова
При поддержке: Работа выполнена при частичной поддержке РФФИ (грант № 10-01-00074) и ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009 — 2013 годы» (Гос. контракты П230, 14.740.11.0579).
Об авторах
В. Я. Рудяк
Новосибирский Государственный Архитектурно-Строительный Университет (Сибстрин)
Россия
Россия
Новосибирск
А. А. Белкин
Новосибирский Государственный Архитектурно-Строительный Университет (Сибстрин)
Россия
Россия
Новосибирск
В. В. Егоров
Новосибирский Государственный Архитектурно-Строительный Университет (Сибстрин)
Россия
Россия
Новосибирск
Д. А. Иванов
Новосибирский Государственный Архитектурно-Строительный Университет (Сибстрин)
Россия
Россия
Новосибирск
Список литературы
1. Nelson P.H. Pore-throat sizes in sandstones, tight sandstones, and shales // AAPG Bulletin. — 2009. — V. 93(3). — P. 329-340.
2. Рудяк В.Я. Нелокальное решение уравнения Больцмана // ЖТФ. — 1995. — Т. 65(11). — C. 29-40.
3. Bird G.A. Molecular gas dynamics. — Oxford: Clarendon Press, 1976. — 415 р.
4. Karnidakis G., Beskok A., Aluru N. Microflows and nanoflows. — Interdisciplinary Applied Math. 29. Springer Science+Business Media, Inc., 2005. — 817 p.
5. Thompson P. A., Robbins M.O. Shear flow near solids: Epitaxial order and flow boundary conditions // Phys. Rev. A. — 1990. — V. 41. — P. 6830-6837.
6. Koplik J., Banavar J.R., Willemsen J.F. Molecular dynamics of fluid flow at solid surfaces // Phys. Fluids A. — 1989. — V. 1. — P. 781-794.
7. Heinbuch U., Fischer J. Liquid flow in pores: Slip, no-slip, or multilayer sticking // Phys. Rev. A. — 1989. — V. 40. — P. 1144-1146.
8. Гиршфельдер Дж., Кертисс Ч., Берд Р. Молекулярная теория газов и жидкостей. — М.: Иностранная литература, 1961. — 930 с.
9. Xu L., Sedigh M.G., Sahimi M., Tsotsis T.T. Nonequilibrium molecular dynamics simulation of transport of gas mixtures in nanopores // Phys. Rev. Lett. — 1998. — V. 80. — P. 3511-3514.
10. Рудяк В.Я., Белкин А.А., Иванов Д.А., Егоров В.В. Моделирование процессов переноса на основе метода молекулярной динамики. Коэффициент самодиффузии // ТВТ. — 2008. — Т. 46(1). — C. 35-44.
11. Зубарев Д.Н. Неравновесная статистическая механика. — М.: Наука, 1971. — 415 с.
12. Рудяк В.Я. Статистическая теория диссипативных процессов в газах и жидкостях. — Новосибирск: Наука, 1987. — 271 с.
13. Lauga E., Brenner M.P., Stone H.A. Microfluidics: the no-slip boundary condition // Handbook of Exper. Fluid Dynamics. Ch. 19., N.Y.: Springer, 2007. — P. 1219-1240.
14. Ou J., Perot B., Rothstein J.P. Laminar drag reduction in microchannels using ultrahydrophobic surfaces // Phys. Fluids. — 2004. — V. 16(12). — P. 4635-4643.
15. Watts E.T., Krim J., Widom A. Experimental observation of interfacial slippage at the boundary of molecularly thin films with good substraite // Phys. Rev. B. — 1990. — V. 41(6). — P. 3466-3472.
16. Soong C.Y., Yen T.H., Tzeng P.Y. Molecular dynamics simulation of nanochannels flows with effects of wall lattice-fluid interactions // Phys. Rev. E. — 2007. — V. 76. — 036303.
17. Rudyak V., Belkin A., Egorov V., Ivanov D. Modeling of plane flow with a pressure gradient in a nanochannel // Proc. of 1st European Conference on Microfluidics. Bologna, CHF, 2008, 𝜇FLU08-38.
Рецензия
Для цитирования:
Рудяк В.Я., Белкин А.А., Егоров В.В., Иванов Д.А. Моделирование течений в нанокластерах методом молекулярной динамики. Наносистемы: физика, химия, математика. 2011;2(4):100-112.
For citation:
Rudyak V.Ya., Belkin A.A., Egorov V.V., Ivanov D.A. Simulation of flows in nanochannels by the molecular dynamics method. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. 2011;2(4):100-112. (In Russ.)
Просмотров:
7
Послать статью по эл. почте 