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.

امروزه شبیه سازی های رایانه ای به عنوان ابزاری مناسب در کنار فعالیت های آزمایشگاهی، کمک شایانی به فهم پدیده های فیزیکی می کند. به دلیل محدودیت های آزمایشگاهی در مقیاس میکرو و نانو، علم محاسباتی نانو به عنوان مکمل علوم آزمایشگاهی، محققان را در فهم پدیده ها در مقیاس میکرو و نانو یاری می نماید. در این میان روش شبیه سازی دینامیک مولکولی، به عنوان یک روش معین، در میان روش های شبیه سازی مولکولی، در سال های اخیر مورد توجه محققان قرار گرفته است. در این پژوهش هدف ما شبیه سازی جریان پوازی درون نانو کانال هاست. مهم ترین عامل در به دست آوردن خواص صحیح جریان نزدیک دیواره جامد، شبیه سازی مناسب دیواره و تقابل آن با سیال نزدیک دیواره است. یکی دیگر از عوامل مشخص کننده صحت شبیه سازی، ضرایب انطباق سطح هستند. که در این رساله، تمرکز ما بر روی شبیه سازی دیواره با استفاده از مدل های معرفی شده و به دست آوردن بهترین مدل ها در شرایط مرزی مختلف است. در این رساله هر دو فاز مایع و گاز آرگون در نظر گرفته می شود و نتایج برای آن ها محاسبه می گردد. بدین منظور ابتدا جریان پوازی درون نانوکانال پلاتینی با ذرات مایع و گاز آرگون محصور شده در آن، با اعمال توابع پتانسیل مناسب شبیه سازی می شود، سپس ذرات دیواره از دامنه حل حذف می شوند و به جای آن ها از مدل های تصادفی، به منظور پیش بینی سرعت برگشت ذرات از سطح، استفاده می کنیم. در این شبیه سازی ها در برخی از مدل های ارائه شده، نیاز به دانستن ضریبی به نام ضریب انطباقی خواهیم داشت که این ضرایب از شبیه سازی جریان با استفاده از مدل دیواره واقعی محاسبه می شوند. بدین دلیل، این ضرایب از شبیه سازی جریان با در نظر گرفتن دیواره واقعی، محاسبه می شوند و در شبیه سازی جریان پوازی با اعمال مدل های دیواره تصادفی، قرار داده می شوند. در نهایت هر یک از شبیه سازی ها یا به عبارت دیگر، نتایج مدل های تصادفی دیواره را با نتایج دیواره واقعی، مقایسه می نماییم. نتایج مهم و کاربردی از این تحقیق و پژوهش به دست آمد که مهم ترین آن ها، آن است که در این گونه شبیه سازی ها با توجه به کاهش ذرات دامنه حل، زمان شبیه سازی را کاهش می یابد، در حالی که خواص سیال بدون کمترین تغییری محاسبه می شود. با توجه به گسترش روزافزون استفاده از نرم افزارهای منبع آزاد و رویکرد مثبت محققان نسبت به این گونه بسته های نرم افزاری، شبیه سازی های مولکولی نیز پیشرفت قابل توجهی در این زمینه داشته است، یکی از بسته های نرم افزاری مهم و پرکاربرد، بسته نرم فزاری lammps است، پیشرفت این بسته به گونه ای بوده که در سه سال اخیر بالغ بر صدها کد توسط محققان دانشگاه های مختلف بدان اضافه شده است. در این رساله نیز از این بسته نرم افزاری به همراه اضافه نمودن کدهای مورد نیاز در آن (مدل های دیواره و محاسبه ضرایب انطباقی) با استفاده زبان برنامه نویسی c++ و مطابق با قواعد کتابخانه mpi (همسو با کدهای پردازش موازی در lammps)، در پیشبرد اهداف پژوهش استفاده می گردد.