納米通道內(nèi)流體的分子動力學(xué)研究.pdf

1、隨著納米科技的日益發(fā)展，迫切需要了解納米尺度流體特性。本論文采用分子動力學(xué)模擬方法，對納米通道中的流體流動及傳質(zhì)特性進行了研究，主要研究對象為平板形納米通道、圓孔形納米通道以及毛細血管壁簡化模型等三種納米通道。 首先，以平板形納米通道內(nèi)的流體為研究對象，利用平衡態(tài)分子動力學(xué)模擬研究了其中的流體密度特性，重點考察了通道寬度、整體平均密度以及勢函數(shù)等因素對流體密度分布的影響，并就密度振蕩特性對流量的影響進行了考察。計算過程中，選擇納

2、米通道從幾個分子直徑到上千個分子直徑尺寸。結(jié)果表明，流體密度在近壁區(qū)會出現(xiàn)振蕩，該振蕩隨流體平均密度增大而加?。罕诿媾c流體之間的吸引力部分對流體的密度分布影響較大。研究還發(fā)現(xiàn)，無論對通道寬度是微觀尺度還是宏觀尺度的流體系統(tǒng)，近壁區(qū)流體密度的振蕩一直存在，當密度振蕩區(qū)域長度與通道特征尺度相比很小時，壁面附近流體密度振蕩對整體流體特性的影響基本可以忽略：當密度振蕩區(qū)域長度與通道特征尺度相當時，壁面附近流體對通道內(nèi)整體流體的影響強烈，從而導(dǎo)致

3、納米尺度流體特性發(fā)生顯著變化。 其次，以圓孔形納米通道內(nèi)的流體為對象，研究了加速度場、壁面與流體之間作用力對流動的影響，考察的主要信息包括流體的密度分布、速度分布，以及反映綜合效果而且易于測量的流量。研究發(fā)現(xiàn)，對于憎水性壁面來說，管內(nèi)遠離壁面的相對均勻區(qū)的流體密度明顯高于平均密度，這一趨勢隨著管徑的減小和平均密度的降低而加?。和瑫r，對憎水性壁面來說，即使存在比管徑小得多的壁面粗糙度，都會對管內(nèi)流體產(chǎn)生顯著的抑制作用；研究中還對整

4、體平均密度不同時流體的流動特性進行了比較并重點考察了流量，發(fā)現(xiàn)在相同的加速度場下，存在密度較小而流量反而大的情況。此外，對圓孔形納米通道中顆粒傳輸問題進行了簡化模擬分析，發(fā)現(xiàn)流體與壁面之間的作用力對納米顆粒在其中的傳輸影響顯著，顆粒在壁面一流體作用力比較弱時會出現(xiàn)壁面吸附現(xiàn)象。 最后，針對毛細血管輸運問題，在二維簡化的基礎(chǔ)上，對納米顆粒在纖維叢中的運動進行了模擬，考察了納米顆粒通過纖維叢的傳輸特性。結(jié)果表明：在沒有纖維叢的情況下