基于内燃机散热应用的纳米流体输运特性分子动力学研究

发布时间：2017-07-16 17:14

  本文关键词：基于内燃机散热应用的纳米流体输运特性分子动力学研究

  更多相关文章： 纳米流体 导热系数 粘度 分子动力学

【摘要】：能量的有效传递几乎渗透到了工业的各个领域,强化传热技术对世界节能和环保都具有非常重要的意义。对于内燃机散热而言,将纳米流体应用于内燃机的散热系统中将显著的提高其的散热系统性能。纳米流体是将纳米颗粒添加到基液(水、油、醇类等)中形成的一种新型传热工质,它具有高的导热系数并且均匀稳定。现在大多数对于纳米流体的研究主要从实验等宏观角度进行,但是这种方法很难揭示纳米流体强化传热的微观机理,限制了纳米技术的发展。本文将运用分子动力学模拟的方法,从微观出发对纳米流体的输运性质的变化进行研究,对后续的研究有重要的意义。根据分子动力学的相关理论,本文建立了不同种类分子动力学模型,用以分析纳米流体导热系数和粘度,并自主编写计算程序;随后,根据建立的分子动力学模型分别对流体的导热系数和粘度进行模拟计算,对纳米流体导热系数的影响因素和纳米流体粘度的影响因素进行分析,考察体积分数、纳米颗粒种类、温度对它们的作用;最后根据分子动力学模拟的结果,针对纳米颗粒的添加对纳米流体导热系数和粘度影响的作用机理进行分析讨论。通过运用分子动力学方法对不同种类的纳米流体进行研究,本文得到纳米流体的导热系数随着纳米颗粒种类的不同而变化;随着纳米颗粒体积百分比的增加而增加;随着纳米流体温度的升高而升高。同时发现纳米流体的粘度随着温度的升高而降低;随着体积分数的增加而增加。本文对这种变化关系进行了讨论,根据分子动力学模拟的结果,纳米颗粒的添加使得流体的微观结构发生了变化是纳米流体导热系数和粘度的变化主要原因,并分析和讨论这种变化的影响。
【关键词】：纳米流体 导热系数 粘度 分子动力学
【学位授予单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 纳米流体研究现状10-13
• 1.2.1 纳米流体导热系数研究现状10-12
• 1.2.2 纳米流体粘度研究现状12-13
• 1.3 纳米流体分子动力学研究现状13-15
• 1.4 本文的主要研究内容15-17
• 2 分子动力学模拟方法17-31
• 2.1 引言17-19
• 2.1.1 分子动力学模拟的发展17-18
• 2.1.2 分子动力学的基本思想18
• 2.1.3 分子动力学模拟的基本步骤18-19
• 2.2 系综19-21
• 2.2.1 微正则系综（NVE）20
• 2.2.2 正则系综（NVT）20-21
• 2.3 势能模型的选取21-24
• 2.3.1 Lennard-Jones（L-J）势能模型21-23
• 2.3.2 SPC势23-24
• 2.3.3 混合法则24
• 2.4 边界条件和最小影像法以及初值24-25
• 2.4.1 边界条件和最小影像法24
• 2.4.2 初值的选择24-25
• 2.5 运动方程及其求解25-26
• 2.6 径向分布函数及参数的无因次处理26-27
• 2.6.1 径向分布函数26-27
• 2.6.2 参数的无因次处理27
• 2.7 分子动力学软件介绍27-29
• 2.7.1 Materials Studio软件介绍27-28
• 2.7.2 Lammps软件介绍28-29
• 2.8 本章小结29-31
• 3 纳米流体导热系数的分子动力学模拟31-49
• 3.1 引言31
• 3.2 导热系数的分子动力学计算方法31-33
• 3.3 纳米流体模型的建立及初始设定33-35
• 3.3.1 纳米流体模型的建立33-35
• 3.3.2 初始条件设定35
• 3.4 纳米流体导热系数分子动力学模拟结果35-38
• 3.4.1 不同温度下纳米流体导热系数的模拟结果35-37
• 3.4.2 不同体积分数下纳米流体导热系数的模拟结果37
• 3.4.3 不同纳米颗粒纳米流体导热系数的模拟结果37-38
• 3.5 纳米流体微观结构变化38-47
• 3.5.1 纳米流体径向分布函数分析38-44
• 3.5.2 纳米颗粒的表面吸附层44-47
• 3.6 纳米流体强化传热的作用机理47-48
• 3.7 本章小结48-49
• 4 纳米流体粘度的分子动力学研究49-53
• 4.1 引言49
• 4.2 粘度的分子动力学计算依据49
• 4.3 纳米流体粘度的分子动力学模拟49-51
• 4.4 有关纳米流体粘度变化的讨论51-52
• 4.5 本章小结52-53
• 5 结论与展望53-55
• 5.1 结论53-54
• 5.2 展望54-55
• 攻读学位期间参加的科研项目及发表的学术论文55-57
• 致谢57-59
• 参考文献59-63

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本文编号：549734