تاثیر تغییر ثابت فنر دیوار بر توزیع سیال لنارد-جونز در نانوکانال به روش شبیه‌سازی دینامیک مولکولی

Abstract

به منظور شبیه‌سازی عددی فرآیند انتقال گرما از ساختار دیوار به سیال در نانوکانال‌ها، بازه‌ی وسیعی از ثابت فنر بسته به جنس دیوار مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این مقاله تاثیر تغییر ثابت فنر دیوار بر انتقال گرما و توزیع خواص ماکروسکوپیک مختلف سیال بررسی شده است. به این منظور، انتقال حرارت در گاز آرگون با عدد نودسن 10 بین دو دیوار ساکن از یک نانوکانال با عرض 5.4 نانومتر با استفاده از روش دینامیک مولکولی شبیه‌سازی شده است. مقایسه‌ی نتایج نشان می‌دهد که با کاهش ثابت فنر دیوار، دامنه نوسانات اتم‌های دیوار افزایش یافته و این امر امکان نزدیک‎تر شدن اتم‌های گاز به سطح دیوار را افزایش می‌دهد که در نتیجه شار حرارتی عبوری از گاز و متناظر با آن ضریب هدایت حرارتی افزایش می‌یابد. بررسی نتایج افزایش ضریب هدایت حرارتی گاز در عرض نانوکانال از 0.11 mW⁄(m-K) به0.27 mW⁄(m-K) را برای کاهش مقدار ثابت فنر از k_s=1100εσ^(-2) به k_s=100εσ^(-2) را نشان ‌می‎دهد. به علاوه نزدیک‎تر شدن اتم‌های گاز به سطح، پرش دمایی بر روی مرز را کاهش داده که این امر موجب افزایش هر چه بیشتر چگالی گاز در مجاورت دیوار سرد و کاهش آن در مجاورت دیوار گرم می‌گردد. مقایسه‌ی پروفیل توزیع دما، چگالی و فشار در عرض نانوکانال نشان می‌دهد که مستقل از تغییرات ثابت فنر، مقدار بیشینه‎ی کمیت‌‎های مذکور در فاصله σ⁄2 از دیواره اتفاق می‌افتد.