纳米流体中表面活性剂界面层传热特性的分子动力学模拟
发布时间：2021-03-08 04:34
纳米流体中固-液界面传热直接影响其导热性能,但目前对颗粒上表面活性剂吸附层在界面传热中的作用机制仍缺乏定量研究。本文采用非平衡分子动力学方法研究Cu-Ar纳米流体中表面活性剂界面层的传热特性及微观机理,研究了纳米颗粒/表面活性剂界面热导和表面活性剂层热导率的变化规律。结果表明:随着纳米颗粒与表面活性剂头基原子间的结合强度增大,界面热导显著增大,且颗粒曲率较大的界面传热效率较高;表面活性剂层本体热导率随界面结合强度及曲率的变化均不明显。振动能谱分析表明,表面活性剂头基原子弥合了Cu/Ar界面原子的振动失配,促进了固-液界面热传递。通过分析表面活性剂界面吸附密度与曲率的变化关系,探讨了曲率影响界面传热的内在机理。
【文章来源】：工程热物理学报. 2020,41(11)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
图１模拟体系的初始结构（ａ）和平衡弛豫后的模拟体系（ｂ）??Ｆｉｇ．?１?ｔｈｅ?ｉｎｉｔｉａｌ?ｓｔａｔｕｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｓｙｓｔｅｍ?（ａ）?ａｎｄ?ｔｈｅ??ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｓｙｓｔｅｍ?ａｆｔｅｒ?ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ?ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ?（ｂ）??
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ＣＦ进行快速傅里叶变换（Ｆａｓｔ?Ｆｏｕｒｉｅｒ??ｔｒａｎｓｆｏｒｍ，?ＦＦＴ）得到原子的振动能谱（ｔ是ＶＡＣＦ??的总观察时间，共１０００００个时间步长）：??＋）」厂’２?Ｃ?⑷?ｅ－ｉ，：?（９）??Ｔ?Ｊ－ｔ／２??图７（ａ）显示了?Ｃｕ和Ｓｕｒ的振动能谱以及相同??条件下无表面活性剂吸附（／？＝１．〇）时Ｃｕ／Ａｒ界面的??Ｃｕ原子振动能谱。由图可见，在５？１５?ＴＨｚ频率范??９０??６０??０．３?０．４?０．５?０．６?０．７?０．８?０．９??ｌ／ｒｎ??图６界面结合强度对界面热导Ｇｆｃ和表面活性剂层热导率ｆｃ！??的影响（ｒ＊ｐ＝２．０?ｎｍ）??Ｆｉｇ．?６?Ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ?ｂｉｎｄｉｎｇ?ｓｔｒｅｎｇｔｈ?ｏｎ?ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ??ｔｈｅｒｍａｌ?ｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ?Ｇｋ?ａｎｄ?ｔｈｅｒｍａｌ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ?ｏｆ??ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ?ｌａｙｅｒ?ｋ＼?（ｒｐ＝２．０?ｎｍ）??所示，随３值增大从约１００?ＭＷ＿ｍ－２＿Ｋ－１增大??至约４００?ＭＷｔｈ－２＿Ｋ－＼以上结果表明，头基原子与??表面金属原子间的强Ｌ－Ｊ作用势促进了界面热传递，??使得表面活性剂吸附作用下的复合界面体系整体传??２９０??２８０??２７０??２６０??２５０??２４０??ｒ／ｎｍ??Ｃ；??２９０??２８０??２７０??２６０??２５０??２４０??ｒ／ｎｍ??图５从纳米颗粒到流体基液的温度分布（ａ）颗粒表面无表面活??性剂包覆；（ｂ）有表面活性剂包覆（ｒｐ＝２．０?ｎｍ，／５＝６．０）??Ｆｉｇ．?５?Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米颗粒聚集形态对纳米流体导热系数的影响[J]. 张智奇,钱胜,王瑞金,朱泽飞. 物理学报. 2019(05)
[2]位错和层错对氮化镓热导率影响的分子动力学模拟[J]. 吕振亚,方海生. 工程热物理学报. 2018(05)
[3]颗粒表面吸附层对纳米流体导热系数贡献的分子动力学研究[J]. 王新,敬登伟. 工程热物理学报. 2017(07)
[4]分散剂对纳米流体影响的研究进展[J]. 李兴,汪昭玮,孙一峰. 材料导报. 2015(23)
[5]纳米流体直接吸收式太阳能中温集热与热损分析[J]. 徐国英,陈伟,张小松,孙岳明. 工程热物理学报. 2015(05)
[6]界面层强化纳米流体热导率特性分析[J]. 赵宁波,闻雪友,李淑英. 哈尔滨工程大学学报. 2015(04)
[7]基于粒子吸附层的纳米流体有效导热系数模型[J]. 莫松平,陈颖,李兴,杨洁影,罗向龙. 材料导报. 2014(10)
本文编号：3070421
【文章来源】：工程热物理学报. 2020,41(11)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
图１模拟体系的初始结构（ａ）和平衡弛豫后的模拟体系（ｂ）??Ｆｉｇ．?１?ｔｈｅ?ｉｎｉｔｉａｌ?ｓｔａｔｕｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｓｙｓｔｅｍ?（ａ）?ａｎｄ?ｔｈｅ??ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｓｙｓｔｅｍ?ａｆｔｅｒ?ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ?ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ?（ｂ）??
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ＣＦ进行快速傅里叶变换（Ｆａｓｔ?Ｆｏｕｒｉｅｒ??ｔｒａｎｓｆｏｒｍ，?ＦＦＴ）得到原子的振动能谱（ｔ是ＶＡＣＦ??的总观察时间，共１０００００个时间步长）：??＋）」厂’２?Ｃ?⑷?ｅ－ｉ，：?（９）??Ｔ?Ｊ－ｔ／２??图７（ａ）显示了?Ｃｕ和Ｓｕｒ的振动能谱以及相同??条件下无表面活性剂吸附（／？＝１．〇）时Ｃｕ／Ａｒ界面的??Ｃｕ原子振动能谱。由图可见，在５？１５?ＴＨｚ频率范??９０??６０??０．３?０．４?０．５?０．６?０．７?０．８?０．９??ｌ／ｒｎ??图６界面结合强度对界面热导Ｇｆｃ和表面活性剂层热导率ｆｃ！??的影响（ｒ＊ｐ＝２．０?ｎｍ）??Ｆｉｇ．?６?Ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ?ｂｉｎｄｉｎｇ?ｓｔｒｅｎｇｔｈ?ｏｎ?ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ??ｔｈｅｒｍａｌ?ｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ?Ｇｋ?ａｎｄ?ｔｈｅｒｍａｌ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ?ｏｆ??ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ?ｌａｙｅｒ?ｋ＼?（ｒｐ＝２．０?ｎｍ）??所示，随３值增大从约１００?ＭＷ＿ｍ－２＿Ｋ－１增大??至约４００?ＭＷｔｈ－２＿Ｋ－＼以上结果表明，头基原子与??表面金属原子间的强Ｌ－Ｊ作用势促进了界面热传递，??使得表面活性剂吸附作用下的复合界面体系整体传??２９０??２８０??２７０??２６０??２５０??２４０??ｒ／ｎｍ??Ｃ；??２９０??２８０??２７０??２６０??２５０??２４０??ｒ／ｎｍ??图５从纳米颗粒到流体基液的温度分布（ａ）颗粒表面无表面活??性剂包覆；（ｂ）有表面活性剂包覆（ｒｐ＝２．０?ｎｍ，／５＝６．０）??Ｆｉｇ．?５?Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米颗粒聚集形态对纳米流体导热系数的影响[J]. 张智奇,钱胜,王瑞金,朱泽飞. 物理学报. 2019(05)
[2]位错和层错对氮化镓热导率影响的分子动力学模拟[J]. 吕振亚,方海生. 工程热物理学报. 2018(05)
[3]颗粒表面吸附层对纳米流体导热系数贡献的分子动力学研究[J]. 王新,敬登伟. 工程热物理学报. 2017(07)
[4]分散剂对纳米流体影响的研究进展[J]. 李兴,汪昭玮,孙一峰. 材料导报. 2015(23)
[5]纳米流体直接吸收式太阳能中温集热与热损分析[J]. 徐国英,陈伟,张小松,孙岳明. 工程热物理学报. 2015(05)
[6]界面层强化纳米流体热导率特性分析[J]. 赵宁波,闻雪友,李淑英. 哈尔滨工程大学学报. 2015(04)
[7]基于粒子吸附层的纳米流体有效导热系数模型[J]. 莫松平,陈颖,李兴,杨洁影,罗向龙. 材料导报. 2014(10)
本文编号：3070421
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