超临界Cu-水纳米流体传热特性分子动力学研究
发布时间：2022-01-12 14:34
传统的固体悬浮液虽能够提升流体的导热换热性能,但是仍然存在着易沉淀,粘度过大等诸多缺点,实际应用有限。而新世纪发展起来的在工质中添加纳米颗粒形成的纳米流体则突破了诸多限制,成为热门的研究课题。目前学者对纳米流体的研究主要集中在常温区段,对流体处于超临界状态的情形研究较少。本文使用分子动力学方法对超临界条件的Cu-水纳米流体开展了模拟研究,研究了Cu-水纳米流体的导热系数和粘度等重要热物理性质参数的变化规律。论文选取SPC/E、TIP3P、TIP4P三种水模型模拟计算了水的密度和导热系数等参数,经过对比,最后选取TIP4P模型作为本文水的势能模型,计算了不同温度下TIP4P模型得到的导热系数和粘度等参数,发现TIP4P模型在高温区得到的导热系数和粘度相比常温更加准确,而密度误差相比常温则更大。利用平衡分子动力学对纳米流体在超临界条件下的导热系数以及粘度模拟研究后发现:当环境温度越高时,纳米流体的导热系数越大,甚至在超临界条件下纳米流体的导热系数相比纯水增加3倍以上;颗粒所占流体的质量分数越大,纳米流体的导热系数越大,并且相比常温,超临界条件下纳米流体的导热系数随颗粒的质量分数的增幅更大;...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
周期性边界示意图
有的模拟工作都是在 LAMMPS 中完成的。模拟的初始模型如图 3-1 所示：子的总大小为 3.1nm×3.1nm×3.1。模型整体由 1000 个水分子组成，其中子的氧原子都位于模型的 fcc 的晶格点上。在模拟中使用 Velocity-Verlet 算动方程进行积分运算。模拟中 293K 的模型的时间步长设置为 1fs。模型首T 系综运行 800000 时间步以达到设定的温度和压力（压力在常温下设定为其他温度区段设为该温度下的饱和蒸汽压，673K 时设为 25MPa）。其中在 N使用 Nose-Hoover 控温控压方法设置的阻尼时间分别为 100fs 和 1000fs（对长为 0.1fs 的模型则分别为 10fs 和 100fs）。然后整个系统再在 NVE 系综中000 时间步，最后为了计算模拟值，让系统在 NVE 系综中继续运行 3000。在运行中，每 5 时间步计算一次热流，相关长度设置为 2000 以获得热流数。对于水分子，使用SHAKE算法固定键长和键角。模拟中使用精度为1× M 算法来计算分子间的长程静电相互作用，并且在计算相互作用时使用长尔斯校正以获得更为精确的模拟结果。
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文4 超临界条件下纳米流体的导热系数研究本章在前面的基础上，选用 TIP4P 模型研究在水中加入纳米级颗粒后形成流体的导热系数的变化，主要研究了温度、纳米颗粒的质量分数、纳米颗粒的个影响纳米流体导热系数的因素。1 初始设定和模拟方法本次的工作纳米流体的初期模型包括 2 部分：一部分是基液部分，另一部米颗粒。模拟的盒子的总大小为 5.1nm×3.1nm×3.1。基液部分是由 1000 个组成，其大小为 3.1nm×3.1nm×3.1。纳米颗粒是一个半径为 5.9 的球形铜颗始模型的所有原子都位于 FCC 的晶格点。初始模型如图 4-1。
【参考文献】：
期刊论文
[1]铜/水纳米流体导热系数分子动力学研究[J]. 邱腾蛟,王浩昌. 河南科技. 2015(19)
[2]CuO-H2O纳米流体强化换热的数值模拟[J]. 孙超杰,孙保民,钟亚峰,姜家宗. 热能动力工程. 2015(02)
[3]基于粗粒化水分子模型的Cu-H2O纳米流体黏度模拟[J]. 何昱辰,刘向军. 力学学报. 2014(06)
[4]纳米二硫化钼润滑油的摩擦学性能和传热行为研究[J]. 万庆明,金翼,丁玉龙. 润滑与密封. 2013(06)
[5]分子动力学模拟超临界水微观结构及自扩散系数[J]. 张乃强,徐鸿,白杨. 中国电力. 2011(12)
[6]Al2O3-H2O纳米流体的导热性能[J]. 朱冬生,李新芳,汪南,王先菊,李华,杨硕. 华南理工大学学报(自然科学版). 2008(11)
[7]超临界水密度和自扩散系数预测的分子动力学模拟[J]. 孙炜,黄素逸,王存文,池汝安. 华中科技大学学报(自然科学版). 2008(05)
[8]纳米技术在传热领域中的应用与展望[J]. 彭玉辉,黄素逸,张洪伟. 节能. 2004(06)
[9]纳米流体热导率和粘度的分子动力学模拟计算[J]. 范庆梅,卢文强. 工程热物理学报. 2004(02)
[10]分子模拟与化学工程[J]. 李以圭,刘金晨. 现代化工. 2001(07)
博士论文
[1]纳米流体强化动量与热量传递机理的分子动力学模拟研究[D]. 崔文政.大连理工大学 2013
[2]流体输运特性和物态转变的分子动力学研究[D]. 刘娟芳.重庆大学 2005
硕士论文
[1]水蒸气凝结核化和单体生长的分子动力学模拟[D]. 冯靖伊.华中科技大学 2017
[2]纳米流体传递特性的分子动力学模拟[D]. 程飞.大连理工大学 2016
[3]纳米流体传递现象的分子动力学模拟[D]. 康宏博.上海理工大学 2011
[4]纳米流体的热物理特性研究[D]. 郭顺松.浙江大学 2006
本文编号：3584944
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
周期性边界示意图
有的模拟工作都是在 LAMMPS 中完成的。模拟的初始模型如图 3-1 所示：子的总大小为 3.1nm×3.1nm×3.1。模型整体由 1000 个水分子组成，其中子的氧原子都位于模型的 fcc 的晶格点上。在模拟中使用 Velocity-Verlet 算动方程进行积分运算。模拟中 293K 的模型的时间步长设置为 1fs。模型首T 系综运行 800000 时间步以达到设定的温度和压力（压力在常温下设定为其他温度区段设为该温度下的饱和蒸汽压，673K 时设为 25MPa）。其中在 N使用 Nose-Hoover 控温控压方法设置的阻尼时间分别为 100fs 和 1000fs（对长为 0.1fs 的模型则分别为 10fs 和 100fs）。然后整个系统再在 NVE 系综中000 时间步，最后为了计算模拟值，让系统在 NVE 系综中继续运行 3000。在运行中，每 5 时间步计算一次热流，相关长度设置为 2000 以获得热流数。对于水分子，使用SHAKE算法固定键长和键角。模拟中使用精度为1× M 算法来计算分子间的长程静电相互作用，并且在计算相互作用时使用长尔斯校正以获得更为精确的模拟结果。
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文4 超临界条件下纳米流体的导热系数研究本章在前面的基础上，选用 TIP4P 模型研究在水中加入纳米级颗粒后形成流体的导热系数的变化，主要研究了温度、纳米颗粒的质量分数、纳米颗粒的个影响纳米流体导热系数的因素。1 初始设定和模拟方法本次的工作纳米流体的初期模型包括 2 部分：一部分是基液部分，另一部米颗粒。模拟的盒子的总大小为 5.1nm×3.1nm×3.1。基液部分是由 1000 个组成，其大小为 3.1nm×3.1nm×3.1。纳米颗粒是一个半径为 5.9 的球形铜颗始模型的所有原子都位于 FCC 的晶格点。初始模型如图 4-1。
【参考文献】：
期刊论文
[1]铜/水纳米流体导热系数分子动力学研究[J]. 邱腾蛟,王浩昌. 河南科技. 2015(19)
[2]CuO-H2O纳米流体强化换热的数值模拟[J]. 孙超杰,孙保民,钟亚峰,姜家宗. 热能动力工程. 2015(02)
[3]基于粗粒化水分子模型的Cu-H2O纳米流体黏度模拟[J]. 何昱辰,刘向军. 力学学报. 2014(06)
[4]纳米二硫化钼润滑油的摩擦学性能和传热行为研究[J]. 万庆明,金翼,丁玉龙. 润滑与密封. 2013(06)
[5]分子动力学模拟超临界水微观结构及自扩散系数[J]. 张乃强,徐鸿,白杨. 中国电力. 2011(12)
[6]Al2O3-H2O纳米流体的导热性能[J]. 朱冬生,李新芳,汪南,王先菊,李华,杨硕. 华南理工大学学报(自然科学版). 2008(11)
[7]超临界水密度和自扩散系数预测的分子动力学模拟[J]. 孙炜,黄素逸,王存文,池汝安. 华中科技大学学报(自然科学版). 2008(05)
[8]纳米技术在传热领域中的应用与展望[J]. 彭玉辉,黄素逸,张洪伟. 节能. 2004(06)
[9]纳米流体热导率和粘度的分子动力学模拟计算[J]. 范庆梅,卢文强. 工程热物理学报. 2004(02)
[10]分子模拟与化学工程[J]. 李以圭,刘金晨. 现代化工. 2001(07)
博士论文
[1]纳米流体强化动量与热量传递机理的分子动力学模拟研究[D]. 崔文政.大连理工大学 2013
[2]流体输运特性和物态转变的分子动力学研究[D]. 刘娟芳.重庆大学 2005
硕士论文
[1]水蒸气凝结核化和单体生长的分子动力学模拟[D]. 冯靖伊.华中科技大学 2017
[2]纳米流体传递特性的分子动力学模拟[D]. 程飞.大连理工大学 2016
[3]纳米流体传递现象的分子动力学模拟[D]. 康宏博.上海理工大学 2011
[4]纳米流体的热物理特性研究[D]. 郭顺松.浙江大学 2006
本文编号：3584944
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