Skip to main content
SUPERVISOR
داود طغرائی سمیرمی (استاد مشاور) احمدرضا عظیمیان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Moslem Salehi mombeiny
مسلم صالحی ممبنی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389

TITLE

Investigation of nanofluid flow in nanochannels by means of molecular dynamic simulation method
Nowdays computer simulations along with the experimental works have contributions to understand the physical phenomena's. Due to the existing experimental limitations in micro and nano-scales, computational tools assist researchers in understanding the micro and Nano phenomena. Molecular dynamics is one of the most accurate tools to simulate the micro and nano scale problems and its use is ever growing. Traort properties and heat transfer coefficients of materials in micro and nano scales are demanded in everyday use of these materials. With the advancement of nanotechnology, the use of nano devices increases daily and Heat transfer plays a significant role in the design and fabrication of nano devises. In this study, first the thermal conductivity of a static liquid argon is calculated using both Green-Kubo and non equilibrium molecular dynamic methods and results are compared with the existing experimental data. Then the thermal conductivity coefficient of a Ar-Cu nano- fluid at four different compositions is calculated for two different potentials. In the first case for interaction between copper particles the EAM potential, and in the second LJ potential is used. Then the heat transfers in Poiseuille and Couette flow are being investigated. To make sure that the heat transfer calculations is correct we first solved the problem under a temperature gradient and compared the results with the existing data where a good agreement was found. Then the heat transfer for an ordinary fluid and a nano-fluid in a Poiseuille flow is investigated. In both cases it was found that by increasing the driving force the heat transfer will increase. It was also observed that by increasing the composition of the copper in a nano-fluid the heat transfer will increase too. The heat transfer for an ordinary fluid and a nano-fluid in a Couette flow at different upper wall velocities is also investigated. Heat transfer was calculated for different velocities of upper wall. In this case it was found that by increasing the upper wall velocity the heat transfer will increase in general. However, this increase is more pronounced for an ordinary fluid than a nano-fluid. This effect is due to the fact that the velocity gradients near the wall for a nano-fluid are less than an ordinary fluid. At the end, the heat transfer for an unstable state in a Poiseuille flow is calculated. To ensure the accuracy of the calculation the specific heat capacity of argon is calculated and compared to the experimental results. Then the specific heat capacity of Ar-Cu nano-fluid is calculated. All simulations were performed using the LAM software. However, to calculate the temperature distribution, the velocity, location and mass of the particles are taken from the LAM output and by using C++ programming code, the calculation is done. Keywords : Molecular dynamics simulation, nano-channel, nano-fluid, heat transfer, thermal conductivity coefficient
چ کیده امروزه شبیه سازی‌های رایانه‌ای به عنوان ابزاری مناسب در کنار فعالیت‌های آزمایشگاهی کمک شایانی به فهم پدیده‌های فیزیکی می کند. به دلیل محدودیت‌های آزمایشگاهی در مقیاس میکرو و نانو، علم محاسباتی نانو به عنوان مکمل علوم آزمایشگاهی، محققان را در فهم پدیده‌های میکرو و نانو یاری می‌نماید. دینامیک مولکولی یکی از دقیق‌ترین شبیه سازی‌ها در مقیاس میکرو و نانو است که روز به روز استفاده از آن بیشتر می‌شود. محاسبه خواص انتقالی و انتقال حرارت از پرکاربرد ترین مباحث در مقیاس میکرو و نانو هستند که روز به روز بیشتر مورد توجه قرار می گیرند. با پیشرفت نانوتکنولوژی روز به روز استفاده از وسایل نانو افزایش می یابد و انتقال حرارت نقش بسزایی در طراحی و ساخت قطعات نانو دارد. در این تحقیق ابتدا ضریب هدایت حرارتی سیال ساکن آرگون با استفاده دو روش گرین-کوبو و روش غیرتعادلی بدست آورده می شود و نتایج با نتایج تجربی موجود صحت سنجی می شوند. سپس ضریب هدایت حرارتی نانوسیال آرگون و مس به ازای چهار درصد مختلف مس دو بار محاسبه می شود با این تفاوت که در بار اول برای برهمکنش بین ذرات مس از پتانسیل EAM و در بار دوم از پتانسیل لنارد جونز استفاده می شود. پس از آن انتقال حرارت در جریان پوازی و کوئت بررسی می شود. برای اینکه مطمئن شویم که انتقال حرارت به درستی محاسبه می شود ابتدا سیال ساکن آرگون را تحت شیب دمایی حل کردیم و با استفاده از انتقال حرارت محاسبه شده ضریب هدایت حرارتی آرگون را محاسبه کردیم که تطابق خوبی با نتایج تجربی بدست آمد. پس از آن در جریان پوازی انتقال حرارت سیال و نانوسیال به ازای نیروها و در صد های مختلف نانوسیال بررسی می شود. در جریان سیال و نانوسیال پوازی مشاهده شد که هرچه نیرو افزایش یابد انتقال حرارت افزایش می یابد همچنین مشاهده شد که هرچه درصد نانوسیال بیشتر شود انتقال حرارت افزایش می یابد. در جریان کوئت نیز انتقال حرارت در سیال و نانوسیال به ازای سرعت‌های متفاوت صفحه بالایی محاسبه شد. در جریان سیال و نانوسیال کوئت مشاهده شد که هرچه سرعت صفحه بالا افزایش یابد انتقال حرارت افزایش می یابد اما مشاهده شد که انتقال حرارت در جریان نانوسیال کمتر از جریان سیال است که به دلیل کاهش شیب سرعت در نزدیک دیواره ها است. در نهایت نیز انتقال حرارت در حالت ناپایا در جریان پوازی را محاسبه می‌کنیم. برای صحت کار خود ظرفیت گرمایی ویژه آرگون را محاسبه می کنیم و با نتایج تجربی صحت سنجی می‌کنیم. پس از آن ظرفیت گرمایی ویژه نانوسیال را نیز محاسبه می‌کنیم. کلیه شبیه سازی‌ها با نرم افزار LAM انجام شده است البته برای محاسبه توزیع دما، سرعت و مکان و جرم ذرات را از نرم افزار خروجی می‌گیریم و با استفاده از برنامه نویسی با کد C++ توزیع دما را محاسبه می‌کنیم. کلمات کلیدی : نانوسیال، نانوکانال، انتقال حرارت، ضریب هدایت حرارتی، شبیه سازی دینامیک مولکولی.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی