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纳米通道内液态微流动密度分布特性数值模拟研究
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:Acta Physica Sinica
  • 时间:2013.6.30
  • 页码:1-7
  • 分类:O351.2[理学—流体力学;理学—力学]
  • 作者机构:[1]西北工业大学航海学院,西安710072
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:51109178); 高等学校博士学科点专项科研基金(批准号:20116102120009); 固体润滑国家重点实验室开放课题(批准号:1210)~~
  • 相关项目:疏水性微纳米结构表面水下减阻的分子动力学研究
中文摘要:

微通道内流动因表面积/体积比值极大,造成许多微尺度效应,进而使微通道内出现完全不同于宏观流动的流体密度分布特性.本文以纳米通道内液态Poiseuille流为对象,采用非平衡分子动力学模拟方法研究了流体原子间相互作用强度εLL,流体原子间平衡距离σLL以及壁面原子与流体原子间平衡距离σLS对通道内流体密度分布的影响规律.数值模拟中,统计系综取微正则系综,势能函数选用LJ/126模型,壁面设为Rigid-atom壁面,温度校正使用速度定标法,牛顿运动方程的求解则采用Verlet算法.模拟结果表明,随εLL的减弱,近壁面区密度分布的振荡幅度则逐渐增大;而σLL则同时影响流体原子的存在形态和密度分布,较大的σLL会造成流体原子在整个通道内呈现面心立方结构的类似固体排列,较小的σLL会使得流体原子呈现不断变化的"团簇"结构;随σLS的变大,近壁面区流体密度振荡幅度增大,且流体密度分布起点离壁面越远.另外,本文还从近壁面区流体原子的"俘获-逃逸"行为角度,初步解释了原子间相互作用强度对密度分布的影响规律.

英文摘要:

The flow in microchannel involves many microscale effects, because of its large ratio of superficial area to volume. And it further causes the density profiles of flow in microchannel to be greatly different from in the macro-channel. In this paper we investigate the effects of three factors (eLL, trLL, CrLS) on density profile of micro-flow via the Poiseuille flow in a nanochannel using none-equilibrium molecular dynamics simulation method. In our study, we selected NVE as the statical ensemble, LJ/126 model as the potential energy function. We also adopt the Rigid-atom model to describe the wall and the temperature thermostat through using the time/rescale methods. The motion equations are solved using Verlet algorithm. The results show that as the interaction between flow atoms decreases, the oscillation degree of density profiles near the wall increases. The balance distance (aLL) between flow atoms affects the existence state and density profiles of flow in the micro channel: the greater CrLL causes the flow atoms to be arranged as the fcc structure liking a solid, while smaller CrLL results in the flow atoms moving as a changeable "cluster". The balance distance (tYLS) between wall atoms and flow atoms also has a significant influence on flow density. As trLS increases, the oscillation degrees of density profile near the wall and the distance between the starting point of density profile and wall increase. Besides, we analyze the mechanism of effects of the interaction between the flow atoms on density distribution based on the "capture-escape" behavior of atoms adjoining the wall.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876