《溫度－速度梯度耦合納米通道流體邊界滑移研究》是依託江蘇大學，由張忠強擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：溫度－速度梯度耦合納米通道流體邊界滑移研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張忠強
- 依託單位：江蘇大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
流體在固體表面的滑移流動將對微/納尺度流體輸運產生重要的影響，因此流體流動的邊界滑移問題成為國際上微/納尺度流體力學研究的熱點和重點。本項目基於分子動力學方法，針對平行壁納米通道中流體在溫度－速度梯度耦合作用下的邊界滑移問題進行數值模擬和理論研究。通過對模擬結果進行處理和分析，尋求溫度梯度、速度梯度和流體邊界滑移速度三者之間的關係，構建描述納米尺度微通道邊界滑移流動的溫度－速度梯度耦合滑移邊界條件；並通過分析固體壁面附近流體分子的微觀構型及運動特性，揭示納米尺度流－固界面處流體分子在溫度－速度梯度耦合作用下的邊界滑移機理，為探索納米器械中流體的流動及邊界滑移規律提供理論依據和指導。
結題摘要
本項目針對納米尺度流體流動特性及邊界滑移進行了數值模擬和理論研究，研究了碳納米管、石墨烯等熱點材料作為納米通道時流體在熱、力、電多場耦合作用下的流動特性和界面滑移、摩擦機理，初步設計探索了納米尺度的流體器件，如納米離合器、分子篩等，一定程度上闡明了納尺度多場耦合作用下流-固界面滑移及摩擦機制，為基於納米尺度流體流動理論的納米器件設計與製造提供了理論指導。主要研究進展及成果如下： 1. 針對平行壁納米通道內流體流動特性及邊界滑移進行了研究，驗證了修正二階速度滑移邊界條件的有效性。發現弱的流－固耦合強度、較高的溫度和固體密度會導致較大的邊界滑移。針對納米通道中的壓力驅動流的流動特性進行了研究，納米通道中Poiseuille流壓力梯度和流體平均流速近似呈線性關係；其斜率隨孔寬的增大而非線性降低，分子動力學結果與連續介質理論方程的偏差隨著微孔特徵尺寸的減小而增大。 2. 研究了溫度梯度作用下水銀液柱在碳管內的運動特性。發現水銀液柱在溫度梯度作用下從高溫區域向低溫區域流動，且運動的加速度保持恆定；液柱運動的加速度隨著溫度梯度的增加而線性增加；溫度梯度作用下碳管的總體震盪對水銀液柱的運動影響較大，並考慮了液柱長度及液柱彎液面對溫度梯度作用下液柱運動的影響機理。 3. 基於碳納米管和水組成的納米流體器件模型，提出了一個電控可調速納米離合器模型，該模型可以在無電場情況下使離合器處於“離”狀態，而在碳管帶電情況下實現納米離合器的“合”狀態，並可以通過改變電場作用強度來改變傳動效率，實現無級調速。並考慮了其在不同溫度、庫倫作用和負載效應下的流體傳動機理，通過分析碳管管壁之間的水分子構型和運動特性探討了外載、庫倫作用和熱效應對流體傳動過程的影響。 4. 針對彎曲碳納米管和氮氣-氧氣組成的混合氣流系統，研究了氮氣和氧氣混合氣體分子在經過碳納米管的彎曲節時的氣體分離情況，重點考慮了不同的溫度、壓強和氣體配比對氣體分離效果的影響。發現較大的氣體壓強，適中的溫度，混合氣體中氮氣比重低於75%時，有利於氮氣和氧氣混合氣體的有效分離。本項目以發表學術論文為主要成果提交方式，共發表學術論文16篇，SCI收錄13篇，EI收錄3篇，撰寫英文專著1部（章節）。其中，項目負責人作為第一作者發表學術論文7篇，SCI收錄6篇，英文專著1部。積極開展學術交流與合作，參加國際會議2次，國內會議3次。
