بررسی طول لغزش در نانوکانال های صاف و زبر به کمک روش شبیه سازی دینامیک مولکولی

از جمله مهم ترین معادلات حاکم در مکانیک سیالات، معادلات ناویر-استوکس هستند که بدلیل پیچیدگی زیاد و پارامترهای بسیار بدون جواب باقی مانده اند. بعلاوه در ابعاد کوچک بسیاری از معادلات حاکم که در ابعاد معمولی برقرارند، نقض شده و یا از دقت کافی برخوردار نیستند. یکی از پدیده های مهم در جریان سیال داخل مجاری و کانال ها، لغزش سیال است که عموماً در ابعاد معمولی صرفنظر شده و در حل معادلات سیال از شرط عدم لغرش سیال استفاده می شود. درحالی که در ابعاد کوچک و بویژه در مقیاس نانو باید لغزش سیال را در نظر گرفته تا بتوان رفتار جریان سیال را به درستی تحلیل کرد. در تحقیق حاضر قصد داریم تا به تاثیرات پاره ای از پارامترهای مختلف موثر بر لغزش سیال بپردازیم. از جمله اثر تغییر ارتفاع کانال، مقدارتقابل بین ذرات سیال و جامد، زبری سطح، فاصله زبری ها، مقدار سرعت دیواره و اندازه اتمی. لازم به ذکر است که جهت انجام شبیه سازی ها از نرم افزار لمپس استفاده کردیم که یکی از قدرتمندترین پکیج های موجود در شبیه سازی جریان سیالات در مقیاس نانو به شمار می رود. بر اساس نتایج بدست آمده در این پژوهش با افزایش ارتفاع کانال در جریان کوئت با سرعت دیواره ثابت، لغزش سیال کاهش یافته و طول لغزش سیال به مقداری ثابت میل می کند. این تغییرات نیز عموماً به شکل تابع توانی هستند. با افزایش سرعت دیواره نیز لغزش بیشتر شده و در سرعت های بالا چه در کانال صاف و چه کانال زبر، پروفیل سرعت از حالت خطی خارج شده و حتی در سرعت های بسیار بالا بخشی از ذرات سیال در کنار دیواره ساکن بدون تحرک باقی می مانند. افزایش تقابل بین ذرات سیال و دیواره نیز در کانال صاف اثر بسزایی گذاشته و لغزش جریان را کم خواهد کرد. سرعت ذرات سیال در کنار دیوارهای زبر، بسیار نزدیک به سرعت دیواره است و با افزایش سرعت دیواره، لغزش در کانال با هر دو دیواره زبر بصورت تقریباً خطی افزایش می یابد. در کانال زبر نیز، با افزایش ارتفاع زبری و یا کاهش فاصله بین زبری ها، طول لغزش بشدت کاهش یافته و در این شرایط جریان توسط زبری ها بلوکه شده و سرعت لغزشی و طول لغزش هر دو منفی خواهند شد. زبری مستطیلی نیز در تمامی حالات بیشترین مقاومت در برابر جریان سیال را ایجاد کرده و زبری های مثلثی راست و چپ نیز عموماً رفتاری مشابه یکدیگر دارند. افزایش پریود زبری نیز معادل صاف تر شدن کانال بوده و لغزش را بیشتر خواهدکرد.