介觀尺度下納米流體的研究與模擬.pdf

1、目前，不論是在微觀還是宏觀領(lǐng)域，對(duì)散熱制冷的要求越來(lái)越高。納米流體，作為新一代傳熱冷卻介質(zhì)的代表，由于其表現(xiàn)出穩(wěn)定性好、導(dǎo)熱性高、不易堵塞微通道以及減少腐蝕和節(jié)約能量等特點(diǎn)，越來(lái)越成為眾多專家學(xué)者的研究重點(diǎn)。然而納米流體的強(qiáng)化傳熱機(jī)理還不是很明確，這將大大阻礙人們對(duì)其有效的開(kāi)發(fā)和使用。
　　 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展使得可以采用分子動(dòng)力學(xué)等微觀模型代替實(shí)驗(yàn)米研究納米流體，分子動(dòng)力學(xué)因其能夠詳細(xì)描述粒子的微觀運(yùn)動(dòng)而得到廣泛運(yùn)用，但是大量的

2、粒子導(dǎo)致計(jì)算量的增加又對(duì)計(jì)算速度提出了新的挑戰(zhàn)。另一方面介觀模型既能反映流體的流動(dòng)和傳熱特性，又不會(huì)如分子動(dòng)力學(xué)那樣帶米很大的計(jì)算量，因此越來(lái)越多的應(yīng)用到計(jì)算流體力學(xué)中。本文首先分別介紹了兩種介觀方法：格子Boltzmann方法和多粒子碰撞動(dòng)力學(xué)方法，并分別采用這兩種方法進(jìn)行了流體的流動(dòng)和熱傳導(dǎo)模擬計(jì)算。在納米流體中納米粒子是我們最關(guān)注的對(duì)象，相對(duì)于外圍的液體粒子其數(shù)目是很小的，因此我們可以使用分子動(dòng)力學(xué)來(lái)分析納米粒子，而對(duì)其外圍液體粒

3、子采用介觀模型。格子Boltzmann方法是基于離散基礎(chǔ)上的計(jì)算粒子分布函數(shù)的介觀方法，每個(gè)時(shí)刻其粒子的速度是離散的，粒子的位置則是根據(jù)離散的速度方向運(yùn)動(dòng)到相鄰的格點(diǎn)上；而多粒子碰撞動(dòng)力學(xué)方法中粒子的位置和速度都是連續(xù)值，是一種基于粒子基礎(chǔ)上的動(dòng)力學(xué)，可以把它理解成介觀上的分子動(dòng)力學(xué)，所以我們選擇后者和分子動(dòng)力學(xué)結(jié)合起來(lái)組成混合分子動(dòng)力學(xué)。文中采用此混合分子動(dòng)力學(xué)方法模擬了液體中添加納米顆粒后的導(dǎo)熱系數(shù)，結(jié)果顯示由于添加了納米粒子，納米