Skip to main content
SUPERVISOR
محمد کمالوند (استاد مشاور) غلامعلی منصوری (استاد مشاور) عزت کشاورزی (استاد راهنما)
 
STUDENT
FATEMEH HEIDARI NABI
فاطمه حیدری نبی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده شیمی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1386
In this thesis, we have reported two general analytic equations for lateral and normal components of the pressure tensor of confined fluids in nanoslit pores using virial theorem and also study dynamic properties of such systems via dynamical density functional theory. A particular properties of these fluids is the tensorial character of pressure with P ij components, where i , j = x,y,z. In nanoslit pores with structureless walls containing a stationary confined fluid, the off-diagonal components of the pressure tensor are zero. So in such systems pressure is a diagonal tensor with normal and lateral components. In the first part, we have predicted local behavior of both normal and lateral components using virial theorem. Our derived equations are applicable for much kind of fluid-fluid and fluid-wall interactions. So, both of the resulting equations has been numerically solved for the confined hard-sphere fluid. Our calculations show the lateral and normal pressure has an oscillatory behavior in the z-direction, perpendicular to the walls. Our results show that at constant temperature and pore width when the bulk density, and as a result the average density in the nanoslit pore, increases, both of the local and lateral components of pressure tensor increases. Also, at constant bulk density and temperature with increasing the pore width, the depth of oscillations of the local pressures decrease whiles the number of maximum and minimum in those increases. For investigation on the role of attractive intermolecular forces on local pressure tensor, we have also numerically solved these equations for lennard-jones confined fluid. Our results are shown that the attraction contribution of intermolecular interaction to local pressure is negative. As a result the local pressure tensor of LJ con?ned ?uid is lower than those of hard-sphere con?ned ?uid. In the next part, the local normal pressure of confined fluids in nanopores has been predicted within the framework of density functional theory. The Euler- Lagrange equation in statistical mechanical density functional theory is used to obtain the force balance equation which leads to a general equation to predict the local normal pressure. Our results in this part are same as those in the previos part qualitatively. In the final part, free expansion of pure and mixture of hard sphere has been studied using dynamical density functional theory. The results of this part show that an inhomogeneous confined hard sphere fluid between two hard walls free expanded by removing the walls and homogeneous structure will provide.
با توجه به اهمیت سیال های محدودشده در فضای نانو و همچنین کاربرد فراوان آنها در زمینه های مختلف علمی و صنعتی، هدف این رساله مطالعه و بررسی برخی خواص ترمودینامیکی و دینامیکی این سامانه هاست. در این رساله با استفاده از دو روش ویریال و نظریه تابعی چگالی، فشار موضعی در این گونه سامانه ها مورد مطالعه قرار گرفته است. یکی از ویژگی های حائز اهمیت در این سامانه ها تنسوری بودن فشار در آنهاست. تنسور فشار دارای 9 مؤلفه به صورتP ij است که i, j = x,y,z می باشد. در نانوحفرات صفحه ای که محتوی سیال ساکن و دارای دیواره های بدون ساختار هستند مقدار متوسط مؤلفه های غیر قطری تنسور فشار صفر است و فشار در چنین سامانه هایی به صورت تنسور قطری است که دارای دو مؤلفه عمودی یا نرمال و جانبی است. در قسمت نخست این رساله با استفاده از قضیه ویریال در مکانیک آماری و با توجه به رابطه تنش و نیرو، رفتار موضعی مؤلفه های نرمال و جانبی تنسور فشار در نانوحفره صفحه ای محاسبه و معادله ای کلی برای هر یک ارائه شده است که برای انواع پتانسیل های سیال-سیال و سیال-دیواره قابل حل است. لذا هر دو معادله برای سیال کره سخت به طور عددی حل شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که در هر دو مؤلفه تنسور فشار با افزایش فاصله دو دیواره در نانوحفره، تعداد نوسان ها افزایش یافته اما از مقدار فشار و شدت نوسان ها کاسته شده است. همچنین هر دو مؤلفه عمودی و جانبی با افزایش چگالی توده ای و دما رفتار نوسانی مشابهی دارند اما نوسان های فشار عمودی شدیدتر از فشار جانبی است. از آنجا که این معادلات از مکانیک آماری استخراج شده است سهم انرژی جنبشی، سهم پتانسیل برهم کنش های بین مولکولی و همچنین سهم دیواره به طور مجزا در آنها قابل تحلیل و بررسی است. به منظور بررسی نقش نیروهای جاذبه در فشار موضعی، این معادلات با استفاده از نظریه اختلال برای سیال لنارد-جونز محدودشده نیز به طور عددی حل شده است. نتایج حاصل نشان دهنده رفتار نوسانی اما منفی سهم جاذبه در فشار است که این موضوع باعث کاهش فشار موضعی سیال لنارد-جونز نسبت به سیال کره سخت شده است. با توجه به سرعت و دقت نظریه تابعی چگالی در بخش بعدی این رساله، معادله ای کلی مبتنی بر این نظریه برای پیش بینی مؤلفه های قطری تنسور فشار ارائه شده است. این معادله قابل استفاده برای انواع نانوحفره ها با اشکال هندسی مختلف و پتانسیل های بین مولکولی متنوع است. در این راستا از معادله اویلر-لاگرانژ و ارتباط آن با معادله نیروها استفاده شده است. در نانوحفره صفحه ای، با استفاده از این معادله، مؤلفه نرمال تنسور فشار قابل پیش بینی است که برای دو سیال کره سخت و لنارد-جونز حل شده است. فشار در نقطه مماس با دیواره با استفاده از این معادله در نانوحفرات صفحه ای با اندازه های مختلف به دست آمده که تطابق نسبتاً خوبی با نتایج شبیه سازی رایانه ای دارد. روند کیفی نتایج به دست آمده در این قسمت مطابق با نتایج به دست آمده از معادلات ویریال ارائه شده در بخش نخست رساله است. در آخرین قسمت از رساله نیز فرایند انبساط آزاد در سامانه کرات سخت خالص و مخلوط با استفاده از نسخه وابسته به زمان نظریه تابعی چگالی مطالعه شده است. نتایج این قسمت نشان می دهد که سیال کره سختی که به صورت ناهمگن و با ساختار لایه ای بین دو دیواره نانوحفره آرایش یافته، با حذف دیواره ها و پتانسیل خارجی آزادانه منبسط شده و آرایشی همگن و یکنواخت اختیار خواهد کرد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی