شبیه سازی دینامیک ملکولی انواع زبری سطح در نانو کانال ها

یکی از مهم ترین قسمت های سیستم های مرتبط با وسایل میکرو و نانو، مجاری هستند که به منظور انتقال سیال با اهداف مختلفی مانند انتقال حرارت، جابجایی مواد و سوخت رسانی مورد استفاده قرار می گیرند. این مجاری با توجه به ابعاد این تجهیزات، دارای طول مشخصه ای در مقیاس میکرو و نانو هستند. با توجه به کاربرد گسترده نانو کانال ها، شناخت رفتار سیال در نانوکانال ها سهم بزرگی در پیش بینی خواص این نوع سیستم ها بر عهده دارد. لذا باید روش مناسبی برای تحلیل این کانال ها پیش بینی شود. با توجه به محدودیت های سخت افزاری در تحلیل رفتار جریان در مقیاس میکرو و نانو، شبیه سازی های عددی به عنوان مکمل روش های آزمایشگاهی، روش مناسبی برای شبیه سازی این نوع سیستم ها هستند. علاوه بر این با توجه به حساسیت اندازه گیری در این وسایل باید یک روش شبیه سازی را در نظر گرفت که از دقت بالایی برخوردار باشد. از این رو در این پژوهش از روش شبیه سازی دینامیک ملکولی، استفاده می شود، که یک روش دقیق شبیه سازی سیستم های ملکولی بر مبنای قانون دوم نیوتن است و برای پیش بینی رفتار بین ذره ای میان ذرات به کمک مکانیک آماری به کار می رود. یکی از فرضیات کلاسیک مورد استفاده در مکانیک سیالات محیط های پیوسته، شرط مرزی عدم لغزش است، که در تشریح جریان در مقیاس های ماکرو موفق عمل کرده است اما مطالعات آزمایشگاهی نشان می دهند که این شرایط به علت امکان لغزش سیال نسبت به دیوار در مقیاس میکرو و نانو نیاز به بازنگری دارند. با اعمال شرایط مرزی لغزشی در دیواره نتایج بدست آمده از حل های عددی و تحلیلی به مقادیر عددی نزدیکتر شد، اماهمچنان اختلاف قابل توجهی در نتایج وجود داشت با بررسی ها و مطالعات انجام شده بر جریان سیال در میکرو و نانو کانال ها با جنس و زبری نسبی متفاوت، دانشمندان متوجه تاثیر متفاوت و قابل توجه زبری سطح بر جریان در ابعاد میکرو و نانو شدند.از این رو در این پژوهش با استفاده از روش شبیه سازی دینامیک ملکولی اثر انواع هندسه زبری سطح بر روی مشخصه های جریان آرگون مایع در یک نانوکانال مورد بررسی قرار گرفته است. انواع هندسه زبری به کار برده شده در این پژوهش شامل هندسه های مستطیلی، ذوزنقه ای، مثلثی و استوانه ای و همچنین هندسه زبری با المان-های شطرنجی شامل کروی و مکعبی است و تأثیر پارامترهای ارتفاع زبری، فاصله بین المان های زبری و نسبت عمق انرژی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که ارتفاع زبری و فاصله بین المان های زبری تأثیر قابل توجهی بر روی مشخصات جریان دارد. در واقع با افزایش ارتفاع زبری سرعت لغزشی و بیشینه سرعت کاهش، و میزان نوسانات چگالی افزایش می یابد. به علاوه کاهش فاصله بین المان های زبری کاهش سرعت جریان را به دنبال دارد. همچنین نتایج نشان می دهند میزان نوسانات چگالی مستقل از هندسه زبری است. در سال های اخیر نرم افزارهای متن باز به طور گسترده ای در کاربردهای علمی مثل شبیه سازی ملکولی مورد استفاده قرار گرفته است. لمپس یکی از کاربردی ترین و معروفترین آنها است که در این پژوهش از آن استفاده شده است.