محاسبه ویسکوزیته نانو سیال مدل فرضی SPC آب در دینامیک مولکولی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه شهرکرد

2 دانشگاه بین‌المللی امام خمینی، قزوین

چکیده

در این تحقیق از مدل‌ شبیه سازی دینامیک مولکولی برای محاسبه ویسکوزیته نانو سیال حاوی نانو ذرات مس استفاده شده است. در ابتدا، نانو ذرات مس به‌صورت ناحیه کروی بین نانو سیال پایه آب با مدول سه‌گانه SPC قرار گرفته‌اند. سیستم تحت شرایط مرزی تعیین‌شده و کد نویسی در نرم‌افزار لمپس و کسر حجمی های 2/3 و ۴/۴ و 9/6 و 1/9 درصد تحت حرکت براونی اتم ها مورد اجرا قرار گرفته است . سه تابع پتانسیل معروف لنارد جونز، کولمب و روش جاسازی اتمی به‌کار گرفته ‌شده اند. از بین روش‌های دینامیک تعادلی و دینامیک غیرتعادلی، روش دینامیک تعادلی و معادله گرین- کوبو برای محاسبه ویسکوزیته به کار گرفته شده است. نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهد که به‌طور کلی با اضافه شدن نانو ذرات مس به سیال آب و افزایش درصد کسر حجمی، مقدار ویسکوزیته نیز افزایش می یابد. نانو سیالات علاوه بر کسر حجمی ذرات تابع، عوامل دیگری، نظیر حرکت براونی و پدیده خوشه شدن دارند که هریک به‌نوبه خود باعث تغییراتی در مقدار ویسکوزیته می شود. نتایج شبیه‌سازی باکارهای دیگران و مدل پیش‌بینی خواص ترمودینامیکی مقایسه و مشخص شد که از دقت قابل‌توجهی برخوردارند.

کلیدواژه‌ها


  1. CHOI, S.U.S. “Enhancing Thermal Conductivity of Fluid with Nanoparticles Development and Applications of Non - Newtonian Flow”, Vol. 66, p.99, 1999.
  2. Zhu, D., li, X., WANG, N., Wang, X., Gao, J. ‌Curr. APPL.Phys‌(2009)
  3. CHOI, S.U.S. “Enhancing Thermal Conductivity Of Fluid With Nanoparticles Development And Applications Of Non Newtonian Flow”, Asme Int. Mech. Eng. congress and Exposition, San Fransisco, USA, (1999).
  4. Viota, J.L., Caballero, F.G., Duran, J.D.G. and Delgado, A.V J, Colloid Interface Sci. (2008)
  5. Beskok, A. karniadakis, G. “Micro Flow and Nano Flow Fundemantal and Simulation”, publication of the book Elsevier,2003.
  6. Alder, B.J., Wainwright, T.E.J. “Phase Transition for a Hard Sphere System”, J. chem. Phys. Vol.27, pp.1208-1209,1957.
  7. Alder, B.J., ‌ Wainwright, J. “Studies in Molecular Dynamics. General Methods”, j. chem. Phys. Vol.31, pp.459-466, 1959.
  8. Allen, M.P. and Tildesley, D.J. “Computer Simulation of Liquids”, Clarendon Press. Oxford, 1978.
  9. Abraham, F.F. “Computational Statical Mechanics, Methodology, Applications and Supercomputing”, J. Advances in Physics,1988.
  10. Rafii Tabar, H. “Modelling the Nano Scale- Phenomena in Condensed Matter Physics Via Computer –based Numerical Simulations”, Physics Report, 2001.
  11. Rahman, A. “Correlations in the Motion of Atoms in Liquid Argon”, physical review, pp. A405-A411,1964.
  12. Stiflinger, F.H. and Rahmani, A. "Improved Simulation of Liquid Water by Molecular Dynamics”, The J. chem. Phys., Vol 60, pp.1545-1557, 1974.
  13. http://lammps.sandia.gov
  14. Martin, G. and Thompson, A. P. “Industrial Property Prediction using Towhee and LAMMPS”, Sandia National Laboratories, 2003.
  15. Botan, A., Tazi, S., Rotenberg, B., and Turq, P. “Diffusion Coefficient Shear Viscosity of Rigid Water Models”, CNRS and UPMC Universe Paris, 2012.
  16. Franky,‌ M. and‌ Rummens, A. “A Critical Evaluation of Lennard –Jones and Stockmayer Potential Parameters and of Some Correlation Methods”, University of Regina, 1976.
  17. Rajabpor, A., Yousefi, F. “Molecular Dynamic Simulation of the Specific Heat Capacity of Water-Cu Nanoluids”, Int. nano letters, 2013.
  18. Bakhshan, Y. and Shadloo Jahromi, A. “Molecular Dynamics Simulation of Surface Specifics Effects on the Nano scale fluid flow”, Modarres Mechanical Engineering, Vol. 15, No. 5, pp. 176-184, 2015 (In Persian).
  19. Allen, M. P. and Tildesley, D. J. “Computer Simulation of Liquid Oxford University Pressa Oxforda,1989.
  20. sandia.gov/sjplimp/VMDTUTORIAL.HTM
  21. Daw, M. S. and Baskes, M. I. “Phys. Rev. B29644”, 1984.
  22. Mishin, Y. “Handbook of Materials Modelinged S Yip”, (The Netherlands: Springer), Vol. 2, pp. 459–463, 2005.
  23. Voter, A.F. John Wiley & Sons, “Intermetallic Compounds”, New York, Vol. 1, No. 4, p.77.83,1994.
  24. Wang, X. and Xu, X. “Thermophys. and Heat Transfer”, Vol. 13, pp. 474–480,1999.
  25. Eastman, J.A., Choi, S.U.S., Li, S., Yu, W., and Thompson, L.J. “Appl. Phys. Lett.”, Vol. 78, pp. 718–720, 2001.
  26. Patel, H.E., Das, S. K., Sundararajan, T., Nair, A. S., George, B., and Pradeep, T. “App. Phys. Lett.”, Vol. 83, pp. 2931–2933, 2003.
  27. Keblinski, P., Phillpot, S.R., Choi, S.U.S., and Eastman, J.A. “Mechanisms of Heat Flow in Suspensions of Nano-sized Particles (nanofluids)”, Int. J. Heat Mass Transfer; Vol. 45, pp.855–863, 2002.
  28. Jang, S. P. and Choi, S.U.S. “Appl. Phys. Lett.”, Vol. 84, pp.4316–4318, 2004.
  29. Kumar, D. H., Patel, H. E., Kumar, V.R.R., Sundararajan, T., Pradeepand, T., and Das, S. K. “Phys. Rev. Lett.”, Vol. 93, 2004.
  30. Prasher, R., Bhattacharya, P., and Phelan, P. E. “Phys. Rev. Lett.”, Vol. 94, 2005.
  31. Fourier, J., “The Analytical Theory of Heat”, London: Cambridge, 1878.
  32. Muller-Plathe, F. and Reith, D. “Cause and effect Reversed in Non-Equilibrium Molecular Dynamics: an Easy Route to Transport Coefficients”, Computational and Theoretical Polymer Science, Vol. 9, Nos. 3–4, pp. 203–209, 1999.
  33. Walker, E.A. “Influence Of Phonon Modes On The Thermal Conductivity Of Single-Wall, Double-Wall, and Functionalized Carbon Nanotubes”, Faculty of Graduate School of Vanderbilt University, 2012.
  34. Hoheisel, C. “Theoretical Treatment of Liquids and Liquid Mixture, Elsevier New York, 1993.
  35. Eapen, J. Li, J., and Yip, S. “Phys. Rev. Lett.”, Vol. 98, 028302, 2007.
  36. Hamidi, A. Amrollahi, A. Rashidi, A. “Analysing the Mathematical Models to Calculate the Thermal Conductivity of Nanofluids”, Iranian Chemical Engineering Journal, Vol. 8, No. 40, 2009.
  37. National Institute Of Standards And Technology,Thermophysical Properties Of Fluid Systems,Http://Webbook.Nist.Gov/Chemistry/Fluid/
  38. Ho, C.J., Liu, W.K., Chang, Y.S., Lin, C.C. “Natural Convection Heat Transfer of Alumina-Water Nanofluid in Vertical Square Enclosures: AnExperimental Study”, Int. J. Thermal Sciences, Vol. 49, pp. 1345-1353, 2010.
  39. Aminfar, H. and Razmara, N. “Molecular Dynamics Simulation of Liquid Argon Flow in Nanochannels using Different Potential Function”, Modarres Mechanical Engineering, Vol. 13, No. 6, pp. 114-125, 2015 (In Persian).