[发明专利]通过模拟模型研究纳米流体在纳米通道内流动行为的方法

说明书

本发明公开了一种通过模拟模型研究纳米流体在纳米通道内流动行为的方法，包括步骤：1.构建模拟模型；2.选择势函数；3.设置模型的参数；4.平衡模型；5.更改控温命令；6.纳米颗粒流动；7.统计流体流速；8.计算有效粘度；9.稳定流动并计算有效粘度。该方法用Lammps软件模拟构建了纳米流体在两个平行铜板间流动的模型，通过改变纳米颗粒体积分数、温度以及尺寸，统计出纳米流体的流速并计算在该纳米通道内的有效粘度。由于纳米流体纳米尺度的影响，流体运动受表面力的控制，纳米粒子的加入和分子间效应使得纳米流体不能满足连续介质假说。因此，本发明利用分子动力学作为在纳米层次非常有效的方法研究纳米颗粒的流动性质具有说服力。

技术领域

本发明涉及分子动力学领域，尤其涉及一种通过模拟模型研究不同因素对纳米流体在纳米通道内流动行为影响的方法。

背景技术

目前，常用来研究纳米流体流动行为的方法大部分为实验法和计算法。

实验法可以研究不同情况以及不同种类的纳米流体的传热性能以及流动行为，并可以分析出不同因素的影响，但纳米颗粒的粒径是纳米尺寸，纳米流体由于纳米尺度的影响，流体运动受表面力的控制。因此宏观的实验方法对纳米颗粒的研究有一定的局限性。除此之外，实验法很难精确控制纳米颗粒的尺寸，因此，实验结果可能有比较大的误差。

计算法是分子动力学模拟方法计算，分子动力学是一种确定性方法。它用经典力学来描述所模拟体系，通过数值求解运动方程得到粒子在相空间的轨迹，即其任意时刻的微观状态，进而可以研究模拟体系的不同性质。分子动力模拟系统中粒子的运动有正确的物理依据。此方法的优点为精准性高，可同时获得系统的动态与热力学状态。但是，分子动力学模拟方法计算需要引用数理积分方法，因此仅能研究系统短时间范围内的运动，而无法模拟一些时间较长的运动问题。

发明内容

基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种通过模拟模型研究纳米流体在纳米通道内流动行为的方法，能克服实验法对纳米尺寸的局限性，便于准确分析不同因素在纳米通道内对纳米流体流动行为的影响。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施例提供一种通过模拟模型研究纳米流体在纳米通道内流动行为的方法，包括：

步骤1.构建模拟模型：采用分子动力学软件构建包含上、下平行壁面，并在上、下平行壁面之间设置液体氩和在所述液体氩内设置纳米颗粒的纳米流体的模拟模型；

步骤2.选择势函数：用Lennard-Jones势函数计算所述模拟模型中各原子之间的相互作用，该Lennard-Jones势函数如下：

不同原子之间的σ和ε的值根据Lorentz Berthelot混合规则计算，公式如下：

上式(1)、(2)和(3)中，r_ij为原子i和原子j的距离，σ和ε分别为原子之间的作用范围与作用强度；

步骤3.设置模拟模型的参数：按Lennard-Jones势函数的参数设置所述模型的各参数为：σ_Cu-Cu为0.2338nm；ε_Cu-Cu为6.563×10^-20J；σ_Ar-Ar为0.3405nm；ε_Ar-Ar为1.67×10^-21J；σ_Cu-Ar为0.2872nm；ε_Cu-Ar为1.041×10^-20J；

步骤4.平衡模型：在分子动力学软件中使用NVT系综对所述模拟模型进行平衡，每个时间步长为2fs，平衡时长为1200ps；