شبیه سازی دینامیک مولکولی جریان نانوسیال درون نانوکانال ها در حضور میدان مغناطیسی

رکت ذرات در مقیاس میکرو و نانو به پارامترهایی بستگی دارد که در سطح مولکولی خود را نشان می دهند. بررسی پدیده انتقال ذرات در این مقیاس با استفاده از مدل محیط پیوسته در مکانیک سیالات امکان پذیر نمی باشد. علاوه بر این، مطالعه تجربی انتقال ذرات در این مقیاس مستلزم صرف هزینه های فراوان می باشد. لذا، جریان درون میکرو و نانو کانال ها باید در سطح مولکولی تعریف و بررسی شوند. در رساله حاضر جریان نانوسیال درون نانوکانال ها به روش دینامیک مولکولی شبیه سازی شده و ریزساختار مولکولی سیستم در شرایط مختلف و با اعمال نیروهای مغناطیسی بررسی و مقایسه شده است. این شبیه سازی توسط کد منبع باز لمپس به زبان c++ در محیط لینوکس انجام گرفته و تحلیل خواص و ریزساختار سیستم توسط نرم افزارهای جانبی صورت گرفته است. نانوکانال شبیه سازی شده شامل نانوسیال متشکل از تعدادی نانوذره جامد درون سیال پایه آرگون می باشد که بین دو صفحه مسطح ساکن محصور گردیده است. نانوسیال تحت تأثیر نیروی خارجی فشاری درون نانوکانال جریان می یابد. این نیرو بر تمامی ذرات سیال در جهت جریان اعمال می شود. نتایج بدست آمده نشانگر کلوخگی نانوذرات در جریان نانوسیال درون نانوکانال تحت تأثیر نیروی خارجی می باشد. دلیل اصلی این پدیده، نیروی خارجی اعمال شده می باشد که باعث حرکت و نزدیک شدن نانوذرات به یکدیگر می شود. به محض نزدیک شدن نانوذرات به یکدیگر به دلیل شدت برهمکنش بالای نانوذرات در مقایسه با ذرات سیال پایه، کلوخه ای از نانوذرات تشکیل می گردد. در هنگام چسبیدن نانوذرات و یا کلوخه ای از آن ها به یکدیگر، سطح مشترک سیال- نانوذره کاهش یافته و لذا تعداد برخوردهای بین نانوذرات و سیال پایه کم می شود. با کاهش برخوردها انرژی پتانسیل و آنتالپی سیستم کاهش می یابد. از اینرو در گام های زمانی مربوط به کلوخگی نانوذرات، سیستم به صورت لحظه ای از حالت تعادل خارج شده و سطح انرژی سیستم به صورت پله ای کاهش می یابد. سپس تا زمان کلوخگی بعدی انرژی سیستم دوباره متعادل می شود. این روند تا چسبیدن تمامی نانوذرات ادامه می یابد به طوری که سیستم در نهایت به مینیمم سطح انرژی رسیده و نوسانات در سیستم افزایش می یابد. همچنین در اثر کلوخگی نانوذرات در جریان نانوسیال، لایه بندی ذرات سیال در اطراف سطح نانوذرات کاهش یافته و بیشتر به سمت دیواره ها جذب می شوند. در ادامه نتایج جالبی از تأثیر عواملی مانند جنس نانوذرات، شعاع قطع، شدت برهمکنش سطح مشترک سیال- نانوذره، نیروی خارجی، تعداد و اندازه نانوذرات بر نرخ کلوخگی نانوذرات گزارش شده است. نانوذرات متشکل از دو جنس مس و پلاتین در سیستم نانوسیالی در دو شعاع قطع مختلف قرار می گیرند. به دلیل مقادیر کم پارامترهای برهمکنش نانوذرات مس، این نانوذرات در مقایسه با نانوذرات پلاتین سریعتر کلوخه می شوند. همچنین با افزایش شعاع قطع کلوخگی نانوذرات به تأخیر می افتد. افزایش در نیروی خارجی باعث افزایش ممنتم ذرات نانوسیال شده و کلوخگی نانوذرات سریعتر اتفاق می افتد. تأثیر افزودن لایه پوشاننده در سطح نانوذرات با افزایش شدت برهمکنش سطح مشترک سیال- نانوذره انجام می پذیرد به طوریکه با افزایش این پارامتر نانوذرات در مدت زمان بیشتری کلوخه می شوند. همچنین تغییر در کسرحجمی نانوذرات از طریق تغییر در تعداد و اندازه نانوذرات صورت می گیرد. با افزایش تعداد و اندازه نانوذرات، کلوخه نانوذرات در مدت زمان کمتری تشکیل می گردد. در نهایت با اعمال برهمکنش های دوقطبی- دوقطبی، به نانوذرات خاصیت مغناطیسی داده شده و ریزساختار جریانی نانوسیال مغناطیسی بررسی می گردد. نتایج نشان می دهند که به دلیل نوع برهمکنش نانوذرات مغناطیسی، نرخ کلوخگی در جریان نانوسیال مغناطیسی افزایش می یابد. همچنین با اعمال میدان مغناطیسی یک بار در جهت جریان و بار دیگر در جهت عمود بر جریان، تأثیر نیروی مغناطیسی خارجی بر نرخ کلوخگی بررسی می گردد. نتایج بیانگر کاهش نرخ کلوخگی با اعمال میدان مغناطیسی در هر دو جهت می باشد. نتیجه قابل توجه دیگر، پایداری بیشتر نانوذرات مغناطیسی با اعمال نیروی مغناطیسی در جهت عمود بر جریان می باشد.