流体密度对纳通道内流动滑移的影响

基于纳通道内的二维Couette流;采用分子动力学方法研究了流体密度对纳通道内流体流动滑移的影响;分析讨论了流体密度变化对纳通道内流体的微观结构、速度分布以及滑移长度的影响。研究结果表明;由于受到固体表面势作用;流体密度在表面附近呈“振荡”分布;随着流固密度比的减少;密度分布的振荡幅度和分层数也相应减少;各向同质区域范围随之扩大。并且;流固密度比的减小使得固体表面的运动状态难于传递给流体;能量传递穿过流固界面时的损耗增加;导致边界速度滑移程度增加。与之相对应;流体流动的滑移长度将随着流固密度比的减小而增加。     

超疏水表面微通道内水的流动特性

在铝制微通道内壁上制造出超疏水表面,水滴在其表面上的接触角达到153°。对水在内径同为0.60 mm的超疏水微通道和超亲水微通道中流动的压降进行实验测定与对比,得出水在超疏水微通道内的流动阻力降有明显降低,降低的最大值可达25%。研究了水在超疏水微通道内的流动特性,发现水由层流向湍流转变发生在Reynolds数为2500左右,且在层流范围内fRe值基本保持不变。通过计算得出了不同流量下水在超疏水表面微通道壁面处的滑移速度和滑移长度,结果显示滑移速度和滑移长度均随流量的增大而增大。     

基于超临界流体密度的烷基化内扩散影响动力学

利用烷基化反应实验数据和超临界流体密度计算数据,开展了考虑内扩散影响的烷基化反应动力学研究,采用优化计算方法进行模型参数估值,确定了烷基化反应速率常数、有效扩散系数、催化剂失活速率常数.研究结果表明,基于PengRobinsn(PR)方程计算流体密度的动力学模型在显著性水平α=0.01下有较高的实验数据拟合精度和模型可信度,说明该方法是计算超临界流体密度的较好方法.从有效因子大小可以看出,烷基化反应总体上处于中孔扩散阻力区.     

微通道内PCL-PEG-PCL载姜黄素纳米粒的制备及体外释药评价

目的:制备姜黄素载药纳米粒。方法:开环聚合法制备PCL-PEG-PCL三嵌段聚合物,微通道界面沉淀法制备姜黄素载药纳米粒,透射电镜观察纳米粒子形貌特征,动态光散射(DLS)测定粒径及其分布,HPLC测定纳米粒子的包封率和载药量,同时考察其体外释药性能。结论:姜黄素纳米粒平均粒径200 nm左右,粒径分布较窄,平均包封率(92.76±0.58)%,载药量(10.76±1.17)%,TEM观察纳米粒呈规则球形,10 d体外累积释药量76%。     

滑移壁面蛇形微通道两相流数值模拟

基于Fluent平台,采用CLSVOF方法对滑移壁面蛇形微通道气液两相流动进行了数值计算。计算选用的方法与理论结果具有较好的一致性,同时可以表明疏水壁面会产生滑移现象,且在高度较小的微通道内滑移效果更显著,从而减小通道内流体流动阻力,实现减阻;不同壁面性质通道内流体流动情况的计算结果表明,滑移壁面对截面速度分布趋势几乎没有影响,但上下壁面疏水性不同会影响通道截面最大速度分布。此外接触角及相对粗糙度对滑移特性影响较大,合理设计壁面润湿性及微粗糙元结构可以最大限度发挥滑移现象引起的减阻效果;与无滑移壁面相比,滑移壁面微通道内传热效果更好,且随滑移速度的增大,通道换热增强。     

热壁作用下超薄纳米流体的剪切流动特性

以Couette流动为原型,在壁面Pt原子、液相Ar原子和纳米Cu颗粒相互作用的基础上,考虑与温度相关壁面Pt原子的热振动,建立了热壁作用下超薄纳米流体剪切流动的分子动力学模型。研究发现,壁面Pt原子的振动对纳米流体系统中各颗粒运动的影响显著,Ar原子和纳米Cu颗粒沿膜厚方向呈不均匀分布。由于膜厚方向Ar原子的非均匀分布及纳米Cu颗粒的影响,液膜各层的切向速度在膜厚方向上呈非线性变化,且存在明显的边界速度滑移。壁面剪切速度增大,边界速度滑移率增大,系统温度对速度滑移亦有影响。获得了纳米流体的剪切黏度,其随纳米颗粒体积分数的增大而增大。     

微注塑充模过程中壁面滑移对熔体流动影响的研究*

针对微型塑料件注塑充模过程中,壁面滑移对流动的影响不可忽略的情况,运用流体分析软件Fluent,以微阶梯圆形截面通道为模型,在考虑和不考虑壁面滑移的情况下,对微注塑充模流动过程中壁面滑移的影响进行了数值模拟。分析了细通道近壁面处熔体的剪切速率和黏度,发现考虑壁面滑移时近壁面处的剪切速率略大,黏度略低。研究了熔体在粗通道和细通道中沿径向的流动速度和温度分布,以及沿微通道流动方向上的压力分布。结果表明,考虑壁面滑移时熔体流动速度较大,与壁面接触的熔体流动速度不再为零,且微通道截面尺寸越小,这种现象越明显;考虑壁面滑移时近壁面处熔体温度略高,并且粗通道中的这种现象更明显一些;壁面滑移对微通道中的压力分布几乎没有影响。总体而言,壁面滑移有利于微注塑充模。     

竖直流动沸腾滑移汽泡速度预测及运动机理

为了建立合理的机理模型,需要深入了解滑移汽泡的运动特征。文中通过对竖直流动沸腾下近壁滑移汽泡进行受力分析,建立了滑移汽泡动量守恒方程式,获得了近壁滑移汽泡的速度,并与Maity的实验数据进行了比较分析。模型预测结果表明,随着时间的延长,滑移汽泡的速度逐渐增大,但增大的趋势逐渐变缓慢;汽泡浮升时,滑移汽泡速度高于液相入口主流速度,表明该种情况下,曳力和附加质量力由促使汽泡滑移的动力变为阻力;当滑移汽泡速度大于当地液相速度时,剪切升力使得汽泡靠近壁面,而由于汽泡形状变化所产生的流体惯性力可能是汽泡从壁面浮升的动力。     

壁面润湿性对微通道内Taylor流动特性的影响

壁面润湿性不仅影响着Taylor气泡的形状,同时对通道内流体流动、相变换热等有着关键的作用。采用VOF模型对T型微通道内气液两相Taylor流动进行三维数值模拟,重点研究了接触角改变对Taylor气泡流体动力学特性的影响。模拟结果与他人实验数据对比基本吻合,验证了模型的有效性。结果表明：随着接触角增大,气泡周围液含量逐渐降低,相界面也由外凸形变为内凹形。壁面越接近润湿（或疏水）状态,气液接触面的曲率就越大;当120°≤θ≤150°时Taylor气泡稳定性变差。当θ≥150°时“拖曳流态”出现,分析指出在大接触角下气体更易贴附壁面导致接触区内流场发生变化,形成的涡流减弱了水对气相的水平剪切作用,进而引起流型转变。接触角对通道内压力有着重要影响,通道中心轴向压力曲线以θ=90°为过渡,润湿状态下呈凸函数递减且p _G>p _L,疏水状态下气液进口处的压力分配改变,曲线趋势相反。     

微通道内表面性质对其内流体流动特性的影响

通过对玻璃微通道内壁表面进行羟基化处理、溶胶-凝胶法纳米SiO2颗粒沉积以及疏水分子自组装等改性处理,制备得到了具有不同内壁表面润湿性和粗糙度的微通道;系统研究了微通道内表面性质对其内流体流动特性的影响。结果表明,在微通道内表面浸润性相同(同为亲水或疏水)时,粗糙表面会比光滑表面给微通道内的流体流动带来更大的阻力,而且流体流动推动力越大时其影响越大;当微通道内表面粗糙度相同时,亲水表面会比疏水表面给微通道内的流体流动带来更大的阻力,而且流体流动推动力越大时其影响越显著;相比之下,微通道内表面浸润性对其内流体流动的影响比其粗糙度的影响更大。研究结果可以为微流动系统或微流体机械的设计和应用提供指导。     

Molecular Momentum Transport at Fluid-Solid Interfaces in MEMS/NEMS: A Review

This review is focused on molecular momentum transport at fluid-solid interfaces mainly related to microfluidics and nanofluidics in micro-/nano-electro-mechanical systems (MEMS/NEMS). This broad subject covers molecular dynamics behaviors, boundary conditions, molecular momentum accommodations, theoretical and phenomenological models in terms of gas-solid and liquid-solid interfaces affected by various physical factors, such as fluid and solid species, surface roughness, surface patterns, wettability, temperature, pressure, fluid viscosity and polarity. This review offers an overview of the major achievements, including experiments, theories and molecular dynamics simulations, in the field with particular emphasis on the effects on microfluidics and nanofluidics in nanoscience and nanotechnology. In Section 1 we present a brief introduction on the backgrounds, history and concepts. Sections 2 and 3 are focused on molecular momentum transport at gas-solid and liquid-solid interfaces, respectively. Summary and conclusions are finally presented in Section 4.     

同核双原子分子流体液汽界面的分子动力学模拟研究

引言流体的界面性质是化工、冶金、材料等工业生产和设计过程中所需的重要基础物性,近年来采用分子模拟方法从微观角度考察流体界面性质的研究日趋活跃。界面体系的分子模拟较为复杂、费时。目前对简单的球形单原子模型流体及其二元混合物液汽界面体系的研究已较为深入,如Holcomb等采用分子动力学（MD）模拟方法较系统地对Lennard-Jones(LJ）流体的液汽界面进行了研究;郭明学和李以圭采用等概率扰动MonteCarlo（MC）模拟方法考察了方阱流体的液汽界面,但对多原子非球形分子模型流体液汽界面体系的研究报道则很少,只有Thompson,Gu…     

普遍化的基于LJ流体的自扩散系数预测模型

引　言扩散系数由于在实验测定上存在一定的困难 ,其预测就显得非常重要 .近年来 ,随着计算机技术的发展 ,分子动力学 (ＭＤ)模拟成为一种新的有效的扩散系数预测工具[1] .目前在预测有机物扩散系数的ＭＤ研究中主要采用的势能模型为Ｈａｒｄ -Ｓｐｈｅｒｅ(ＨＳ)模型和Ｌｅｎｎａｒｄ -Ｊｏｎｅｓ(ＬＪ)模型 .然而 ,由于ＭＤ模拟需要较长的计算时间 ,从工程应用的角度出发 ,半经验的扩散系数预测模型还是显得比较方便 .对于自扩散系数的研究 ,以前主要有刘洪勤等[2 ] 、于养信等[3] 采用ＬＪ模型进行了探讨 .然而 ,他们都是对每一种物质的…     

纳米狭缝中水流动非平衡分子动力学模拟

采用非平衡分子动力学模拟（non-equilibrium molecular dynamics simulation）方法研究了不同间距纳米狭缝之间水的流动行为。研究了纳米狭缝间距、壁面性质和外部压力对水流动速度径向分布、有效黏度、壁面速度和滑移长度的影响,讨论了Navier-Stoke（N-S）方程的适用性。研究结果表明,N-S方程仅适用于3 nm以上的孔道;狭缝尺寸的增加和施加压力的增加均会使得管内流速增加,而造成表观黏度降低以及滑移长度增加。壁面亲水性的增加仅使得滑移长度降低,表观黏度并没有发生较大变化。     

Surface wettability effect on fluid transport in nanoscale slit pores

The surface wettability effect on fluid transport in nanoscale slit pores is quantitatively accessed by using non‐equilibrium molecular dynamics (NEMD) simulation incorporating with density functional theory (DFT). In particular, the slip lengths of benzene steady flows under various wetting conditions are computed with NEMD simulations and a quasi‐general expression is given, while the structural properties are investigated with DFT. By taking into account the inhomogeneity of fluid density inside pore, we find that the conventional flux enhancement rate is associated with both the molecule slipping and geometrical confinement, and it becomes drastically high in solvophobic pores especially when the pore size is of several fluid diameters. In good agreement with experimental results, we further show that the wettability effect competes with pore size effect in determining the flux after pore inner surface modification, and a high flux can be achieved when the deposited layer is solvophobic yet thin. © 2016 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 63: 1704–1714, 2017     

指数-6流体的自扩散系数的分子动力学模拟

Self-diffusion coefficients of exponential-six fluids are studied using equilibrium molecular dynamics simulation technique. Mean-square displacements and velocity autocorrelation functions are used to calculate self-diffusion coefficients through Einstein equation and Green-Kubo formula. It has been found that simulation results are in good agreement with experimental data for liquid argon which is taken as exponential-six fluid. The effects of density, temperature and steepness factor for repulsive part of exponential-six potential on self-diffusion coefficients are also investigated. The simulation results indicate that the self-diffusion coefficient of exponential-six fluid increases as temperature increases and density decreases. In addition, the larger self-diffusion coefficients are obtained as the steepness factor increases at the same temperature and density condition.