بررسی جریان نانوسیال در نانوکانال با استفاده از روش شبیه سازی دینامیک مولکولی

امروزه شبیه سازی های رایانه ای به عنوان ابزاری مناسب در کنار فعالیت های آزمایشگاهی کمک شایانی به فهم پدیده های فیزیکی می کند. به دلیل محدودیت های آزمایشگاهی در مقیاس میکرو و نانو، علم محاسباتی نانو به عنوان مکمل علوم آزمایشگاهی، محققان را در فهم پدیده های میکرو و نانو یاری می نماید. دینامیک مولکولی یکی از دقیق ترین شبیه سازی ها در مقیاس میکرو و نانو است که روز به روز استفاده از آن بیشتر می شود. محاسبه خواص انتقالی و انتقال حرارت از پرکاربرد ترین مباحث در مقیاس میکرو و نانو هستند که روز به روز بیشتر مورد توجه قرار می گیرند. با پیشرفت نانوتکنولوژی روز به روز استفاده از وسایل نانو افزایش می یابد و انتقال حرارت نقش بسزایی در طراحی و ساخت قطعات نانو دارد. در این تحقیق ابتدا ضریب هدایت حرارتی سیال ساکن آرگون با استفاده دو روش گرین-کوبو و روش غیرتعادلی بدست آورده می شود و نتایج با نتایج تجربی موجود صحت سنجی می شوند. سپس ضریب هدایت حرارتی نانوسیال آرگون و مس به ازای چهار درصد مختلف مس دو بار محاسبه می شود با این تفاوت که در بار اول برای برهمکنش بین ذرات مس از پتانسیل eam و در بار دوم از پتانسیل لنارد جونز استفاده می شود. پس از آن انتقال حرارت در جریان پوازی و کوئت بررسی می شود. برای اینکه مطمئن شویم که انتقال حرارت به درستی محاسبه می شود ابتدا سیال ساکن آرگون را تحت شیب دمایی حل کردیم و با استفاده از انتقال حرارت محاسبه شده ضریب هدایت حرارتی آرگون را محاسبه کردیم که تطابق خوبی با نتایج تجربی بدست آمد. پس از آن در جریان پوازی انتقال حرارت سیال و نانوسیال به ازای نیروها و در صد های مختلف نانوسیال بررسی می شود. در جریان سیال و نانوسیال پوازی مشاهده شد که هرچه نیرو افزایش یابد انتقال حرارت افزایش می یابد همچنین مشاهده شد که هرچه درصد نانوسیال بیشتر شود انتقال حرارت افزایش می یابد. در جریان کوئت نیز انتقال حرارت در سیال و نانوسیال به ازای سرعت های متفاوت صفحه بالایی محاسبه شد. در جریان سیال و نانوسیال کوئت مشاهده شد که هرچه سرعت صفحه بالا افزایش یابد انتقال حرارت افزایش می یابد اما مشاهده شد که انتقال حرارت در جریان نانوسیال کمتر از جریان سیال است که به دلیل کاهش شیب سرعت در نزدیک دیواره ها است. در نهایت نیز انتقال حرارت در حالت ناپایا در جریان پوازی را محاسبه می کنیم. برای صحت کار خود ظرفیت گرمایی ویژه آرگون را محاسبه می کنیم و با نتایج تجربی صحت سنجی می کنیم. پس از آن ظرفیت گرمایی ویژه نانوسیال را نیز محاسبه می کنیم. کلیه شبیه سازی ها با نرم افزار lampps انجام شده است البته برای محاسبه توزیع دما، سرعت و مکان و جرم ذرات را از نرم افزار خروجی می گیریم و با استفاده از برنامه نویسی با کد c++ توزیع دما را محاسبه می کنیم.