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

به منظور شبیه سازی عددی فرآیند انتقال گرما از ساختار دیوار به سیال در نانوکانال ها، بازه ی وسیعی از ثابت فنر بسته به جنس دیوار مورد استفاده قرار می گیرد. 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 ۱۰ بین دو دیوار ساکن از یک نانوکانال با عرض ۵.۴ نانومتر با استفاده از روش دینامیک مولکولی شبیه سازی شده است. مقایسه ی نتایج نشان می دهد که با کاهش ثابت فنر دیوار، دامنه نوسانات اتم های دیوار افزایش یافته و این امر امکان نزدیک‎تر شدن اتم های گاز به سطح دیوار را افزایش می دهد که در نتیجه شار حرارتی عبوری از گاز و متناظر با آن ضریب هدایت حرارتی افزایش می یابد. بررسی نتایج افزایش ضریب هدایت حرارتی گاز در عرض نانوکانال از ۰.۱۱ mW⁄(m-K) به۰.۲۷ mW⁄(m-K) را برای کاهش مقدار ثابت فنر از k_s=۱۱۰۰εσ^(-۲) به k_s=۱۰۰εσ^(-۲) را نشان می‎دهد. به علاوه نزدیک‎تر شدن اتم های 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 می گردد. مقایسه ی پروفیل توزیع دما، چگالی و فشار در عرض نانوکانال نشان می دهد که مستقل از تغییرات ثابت فنر، مقدار بیشینه‎ی کمیت ‎های مذکور در فاصله σ⁄۲ از دیواره اتفاق می افتد.

کلیدواژه ها:

Heat Transfer ، rarefied gas ، wall spring constant ، انتقال گرما ، گاز رقیق ، ثابت فنر دیوار