液體Poiseuille流動(dòng)特征的分子動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、微尺度下流體的流動(dòng),在工業(yè)、生物工程及電子信息技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用。近十幾年來(lái),隨著微納電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS/NEMS)和生物芯片等微納米科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展,微流動(dòng)問(wèn)題的研究日益受到人們的重視。微尺度下流體由于特征尺度小,其流動(dòng)特征與宏觀流相比有著很大的不同。目前,微流動(dòng)的流動(dòng)機(jī)制尚未弄清楚,在實(shí)際運(yùn)用中也遇到許多問(wèn)題,其中,流體在固體壁面的滑移及減阻問(wèn)題顯得尤為突出。潤(rùn)濕性是影響流體滑移的一個(gè)主要因素,由于目前缺少條件,我們還無(wú)法精確地

2、測(cè)量其和界面滑移的關(guān)系。分子動(dòng)力學(xué)作為分子模擬的一種方法,在微尺度條件下研究流體的流動(dòng)方面,有著傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和理論方法無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。
　　 本論文在流體力學(xué)和分子動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)上,研究在微尺度條件下潤(rùn)濕性對(duì)Poiseuille流的影響,主要工作如下:
　　 首先介紹了微流動(dòng)的發(fā)展?fàn)顩r,微流動(dòng)區(qū)別于與宏觀流的特征；著重介紹了與研究?jī)?nèi)容有關(guān)的一些概念與模型,如潤(rùn)濕性、滑移、滑移長(zhǎng)度及有關(guān)滑移的分子動(dòng)力學(xué)研究現(xiàn)狀；同時(shí)分析了流體流

3、動(dòng)的模型的建立過(guò)程,對(duì)這些物理模型進(jìn)行理論計(jì)算和分析；比較詳細(xì)地介紹了分子動(dòng)力學(xué)模擬的基本原理、過(guò)程和方法。
　　 然后通過(guò)改變固液作用勢(shì)中的能量參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)固壁表面的潤(rùn)濕性,采用分子動(dòng)力學(xué)的方法模擬液氬液滴在不同潤(rùn)濕性平板上的靜態(tài)形態(tài),模擬出液滴在從疏水性平板到親水性平板變化時(shí)潤(rùn)濕角的變化,結(jié)果與宏觀計(jì)算結(jié)果相近。
　　 接著建立了平行板間的Poiseuille流模擬的模型,利用該模型模擬了平行板間液氬在外力作用和不同邊

4、界潤(rùn)濕性條件影響下的流動(dòng)。分析了壁面的潤(rùn)濕性對(duì)流體的流速、流量和粒子的分布影響。計(jì)算的結(jié)果表明:在疏水性的情形下,易觀察到速度滑移；反之,親水性壁面附近的流體粒子有序?qū)訝罘植?且粒子被吸附至壁面,形成黏附層。研究在親水性不是很強(qiáng)時(shí)也可能出現(xiàn)小的滑移,其對(duì)流體流動(dòng)影響很小。最后用解析法得到了在層流條件下,具有滑移邊界條件下的平行板中流體流動(dòng)的速度和流量公式,建立了微流動(dòng)中速度及流量與滑移長(zhǎng)度的關(guān)系,并與模擬結(jié)果作了比較。
　　 最