Skip to main content
SUPERVISOR
Mahmud Ashrafizadeh,Ahmad-Reza Azimian
محمود اشرفی زاده (استاد مشاور) احمدرضا عظیمیان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Hamzeh Noorian
حمزه نوریان فتاحی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Molecular Dynamics Simulation of Variable Surface Roughness Effects on a Nano-Channel
Channels are one of the most important parts of systems related with micro and nano devices that are used for fluid transfer in different situations including heat transfer, material traort and fuel supply. With respect to the dimensions of these equipments, they have a characteristic length in micro and nano scales. The recognition of fluid behavior in nano-channels regarding their wide applications, have a great portion in attributes prediction of this kind of systems. Therefore, an appropriate method should be used for analysis of these channels. Due to the hardware limitations in analysis of flow behavior in micro and nano scales, numerical simulations are suitable methods for simulating of these types of systems, as complementary of experimental methods. In addition, with respect to measurement sensibility in these devices, one simulation method should be considered that has high accuracy. So, in this study, molecular dynamic simulation which is an accurate simulation method in molecular systems is used. This method is based on the second law of Newton that is used for predicting particle interaction by statistical mechanic. One of the justify; MARGIN: 0cm 0cm 0pt; unicode-bidi: embed; DIRECTION: ltr; tab-stops: 175.95pt" In this thesis by using molecular dynamic simulation method, the effect of different geometries of surface roughness on flow characteristics of liquid Argon in a nano-channel has been studied. Different types of roughness geometries that have been investigated in this study are rectangular, trapezoidal, triangular and cylindrical. Also roughness geometry with checker elements including spherical and cubical shape is used. The effects of various parameters such as roughness height, space between roughness elements and relation of energy depth have been studied. Results obtained, show that roughness height and space between roughness elements have a significant effect on the flow characteristic. By increasing the roughness height, the slip velocity and the maximum velocity will decrease while the density fluctuation will increase. On the other hand, by decreasing the space between the roughness elements the flow velocity will decrease. Also, results show that values of density fluctuation is independent of roughness geometry. In the recent years, open source softwares widely used for various scientific applications such as molecular science and molecular simulation. LAMMPS (Atomic Molecular Massively Parallel Simulator Large-scale) is one of the more applicable and famous of them. In the 5 recent years, many of researchers used it for their subjects and develope it for various subject of molecular science simulation. It has beenused in our case too. Keywords :Molecular dynamics simulation, poiseuille flow, Roughness geometry, N ano-Channels
یکی از مهم ترین قسمت های سیستم های مرتبط با وسایل میکرو و نانو، مجاری هستند که به منظور انتقال سیال با اهداف مختلفی مانند انتقال حرارت، جابجایی مواد و سوخت رسانی مورد استفاده قرار می گیرند. این مجاری با توجه به ابعاد این تجهیزات، دارای طول مشخصه ای در مقیاس میکرو و نانو هستند. با توجه به کاربرد گسترده نانو کانال ها، شناخت رفتار سیال در نانوکانال ها سهم بزرگی در پیش بینی خواص این نوع سیستم ها بر عهده دارد. لذا باید روش مناسبی برای تحلیل این کانال ها پیش بینی شود. با توجه به محدودیت‌ های سخت افزاری در تحلیل رفتار جریان در مقیاس میکرو و نانو، شبیه سازی های عددی به عنوان مکمل روش‌ های آزمایشگاهی، روش مناسبی برای شبیه سازی این نوع سیستم ها هستند. علاوه بر این با توجه به حساسیت اندازه گیری در این وسایل باید یک روش شبیه سازی را در نظر گرفت که از دقت بالایی برخوردار باشد. از این رو در این پژوهش از روش شبیه سازی دینامیک ملکولی، استفاده می شود، که یک روش دقیق شبیه سازی سیستم ‌های ملکولی بر مبنای قانون دوم نیوتن است و برای پیش‌ بینی رفتار بین ذره ای میان ذرات به کمک مکانیک آماری به کار می رود. یکی از فرضیات کلاسیک مورد استفاده در مکانیک سیالات محیط های پیوسته، شرط مرزی عدم لغزش است، که در تشریح جریان در مقیاس های ماکرو موفق عمل کرده است اما مطالعات آزمایشگاهی نشان می دهند که این شرایط به علت امکان لغزش سیال نسبت به دیوار در مقیاس میکرو و نانو نیاز به بازنگری دارند. با اعمال شرایط مرزی لغزشی در دیواره نتایج بدست آمده از حل های عددی و تحلیلی به مقادیر عددی نزدیکتر شد، اماهمچنان اختلاف قابل توجهی در نتایج وجود داشت با بررسی ها و مطالعات انجام شده بر جریان سیال در میکرو و نانو کانال ها با جنس و زبری نسبی متفاوت، دانشمندان متوجه تاثیر متفاوت و قابل توجه زبری سطح بر جریان در ابعاد میکرو و نانو شدند.از این رو در این پژوهش با استفاده از روش شبیه سازی دینامیک ملکولی اثر انواع هندسه زبری سطح بر روی مشخصه های جریان آرگون مایع در یک نانوکانال مورد بررسی قرار گرفته است. انواع هندسه زبری به کار برده شده در این پژوهش شامل هندسه های مستطیلی، ذوزنقه ای، مثلثی و استوانه ای و همچنین هندسه زبری با المان های شطرنجی شامل کروی و مکعبی است و تأثیر پارامترهای ارتفاع زبری، فاصله بین المان های زبری و نسبت عمق انرژی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که ارتفاع زبری و فاصله بین المان های زبری تأثیر قابل توجهی بر روی مشخصات جریان دارد. در واقع با افزایش ارتفاع زبری سرعت لغزشی و بیشینه سرعت کاهش، و میزان نوسانات چگالی افزایش می یابد. به علاوه کاهش فاصله بین المان های زبری کاهش سرعت جریان را به دنبال دارد. همچنین نتایج نشان می دهند میزان نوسانات چگالی مستقل از هندسه زبری است. در سال های اخیر نرم افزارهای متن باز به طور گسترده ای در کاربردهای علمی مثل شبیه سازی ملکولی مورد استفاده قرار گرفته است. لمپس یکی از کاربردی ترین و معروفترین آنها است که در این پژوهش از آن استفاده شده است. کلمات کلیدی: شبیه سازی دینامیک ملکولی، جریان پوازیه، هندسه زبری، نانوکانال

ارتقاء امنیت وب با وف بومی