شبیه سازی دینامیک ملکولی جوشش در نانوکانال ها

الگوهای انتقال حرارت همراه با پدیده تغییر فاز، همواره مکانیزم بهینه ای برای دفع حرارت از دستگاه های الکترونیکی و سیستم های میکروالکتریک هستند و به همین دلیل میکروکانال های دوفازی یا میکروکانال های جریان جوششی مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته اند. در این رژیم از جریان جوششی، به دلیل وجود سطح اشتراک قابل مشاهده در بین فازهای بخار و مایع، خواص سطح اشتراک تاثیر بسیار مهمی بر روی گذار میان فازها و انتقال حرارت ایفا می کنند. در سطح اشتراک بخار و مایع، هم انتقال جرم و هم انتقال حرارت روی می دهد و بنابراین در سطح اشتراک میان یک مایع و گاز پدیده ها کاملاً غیر تعادلی بوده و مقیاس ها حتی از مقیاس نانو هم کوچکتر شده و به مقیاس های ملکولی می رسند. روش شبیه سازی دینامیک ملکولی یک روش قابل اعتماد و معین است که قابلیت برنامه نویسی بسیار بالایی را دارا است و برای مطالعه در مقیاس های میکرو و نانو مناسب خواهد بود. هدف از تحقیق اخیر شبیه سازی و بدست آوردن خواص سطح اشتراک، پروفیل سرعت، شار حرارتی، پروفیل چگالی برای جریان جوششی در میکروکانال ها و نانو کانال ها با استفاده از روش شبیه سازی دینامیک ملکولی است. اگر چه شبیه سازی سطح اشتراک با استفاده از روش دینامیک ملکولی در کار تعداد زیادی از محققان به چشم می خورد، اما در این رساله سعی بر آن است تا با استفاده از روش دینامیک ملکولی و در نظر گرفتن نیروهای بلند برد و کوتاه برد به طور همزمان و استفاده از یک روش شبیه سازی موسوم به ذره- ذره- ذره- مش ( ) برای بدست آوردن نیروهای بین ذرات، در کنار استفاده از یک الگوریتم مناسب و دقیق برای گسسته سازی معادله دیفرانسیل مربوط به حرکت و استفاده از یک تابع پتانسیل جدید برای تقابل بین ذرات نتایج قبلی را بهبود بخشیده و تاثیر الگوریتم های انتگرال گیری، تعداد ذرات، مقدار گرادیان فشار، تاثیر دما و ترموستات های دمایی را بر روی نتایج حاصل بررسی کنیم. اعمال یک میدان خارجی به ذرات، استفاده از ترموستات هایی دمایی مختلف، استفاده از توابع پتانسیل مختلف برای دیواره ها، استفاده از تابع پتانسیلی موسوم به استدارد- فورد، شبیه سازی دینامیک ملکولی یک قلمرو دوفازی پریودیک، شبیه سازی دینامیک ملکولی یک قلمرو دو فازی در حضور دیواره های جامد، شبیه سازی دینامیک ملکولی جریان های پوازیه و کوئت و شبیه سازی دینامیک ملکولی تبخیر یک نانو قطره همگی در زمره شبیه سازی هایی قرار دارند که هر کدام دارای یک سری از ویژگی های موضوع اصلی شبیه سازی یعنی جریان جوششی حلقوی هستند که با شبیه سازی آنها زیر بناهای لازم برای شبیه سازی دینامیک ملکولی جریان جوششی حلقوی بدست می آیند. در نهایت جریان های جوششی حلقوی با تعداد 3200، 70000 و 700000 ذره مورد بررسی قرار گرفتند. ضمن اینکه به عنوان کارهای تکمیلی، تاثیر تعداد ذرات، شعاع قطع، نیروی خارجی، ترموستات گذاری روی دیواره ها و سیال، الگوریتم های انتگرال گیری و نوع سیال بر روی دقت و زمان مورد نیاز برای شبیه سازی نیز در شبیه سازی های صورت گرفته بررسی شدند.