شبیه سازی دینامیک مولکولی در تعیین ضریب هدایت حرارتی نانوسیالات

مایعاتی که در آنها نانو ذراتی معلق هستند، نانو سیال نامیده می شوند. در نانوسیالات، به تجربه خواص جالبی دیده شده است که در مقایسه با سیال پایه بسیار قابل ملاحظه می باشد. از جمله این خواص می توان به افزایش قابل توجه ضریب هدایت حرارتی اشاره کرد که نظر محققین را به خود جلب نموده است. تعدادی از محققین حتی تغییرات غیر خطی از این ضریب را نسبت به تغییرات غلظت نانو ذرات و همچنین تابعیت آن را به دما مشاهده کرده اند که این موضوع انگیزه را برای تحقیقات بر روی ضریب هدایت حرارتی نانوسیالات دو چندان نموده است. از طرف دیگر، دینامیک مولکولی به عنوان روشی برای تعیین حرکت ذرات در مقیاس مولکولی از دیر باز مورد توجه بوده و مهم تر اینکه کاربرد این روش می تواند به تعیین خواص فیزیکی و دینامیکی ماده منجر شود. در این رساله، از شبیه سازی دینامیک ملکولی در تعیین ضریب هدایت حرارتی نانو سیال آب-نانو لوله کربنی استفاده شده است. در شبیه سازی مولکول های آب، مدل tip4p به کار رفته که در آن مولکولهای آب در یک ساختار مکعبی فرض شده اند. مرزهای سیستم به عنوان مرز پریودیک و دمای سیستم ثابت فرض شده اند. روش leap-frog در حل معادلات حاکم به کار رفته و حرکت های انتقالی و دورانی ذرات در طول شبیه سازی تعیین شده اند. در شبیه سازی نانو لوله کربنی مدل ساده شده brenner استفاده شده و شبیه سازی برای نانو لوله های دارای نسبت های منظری مختلف که در آنها اتم های کربن در یک ساختار شش وجهی در نظر گرفته شده اند تکرار گردیده است. مدت زمان شبیه سازی به گونه در نظر گرفته شده که تعادل برقرار شود و بردار های مکان و سرعت تمامی ذرات در طول شبیه سازی تعیین گردیده اند. داده های به دست آمده در برنامه ذخیره شده و در انتها از آنها جهت محاسبه تقریبی ضریب هدایت حرارتی استفاده شده است. روش فوق برای چند دمای مختلف تکرار شده و با نتایج به دست آمده منحنی هایی رسم گردیده که ضریب هدایت حرارتی نانو سیال را بر حسب غلظت وزنی ذرات در دماهای مختلف پیش بینی می کند. در نهایت، نتایج حاصل با داده های آزمایشی گزارش شده توسط ding و همکاران در سال 2006 مقایسه گردیده و انطباق قابل قبولی میان آنها مشاده شده است.