纳米流体导热系数影响因素与强化机理的分子动力学模拟研究

摘要

与传统单相流体换热工质相比，纳米流体具有显著增大的导热系数，但其导热系数增大的机理目前尚缺乏完善的理论来进行解释。本文在分子动力学模拟包括颗粒材料，颗粒体积浓度，以及颗粒形状等因素对纳米流体导热系数影响的基础上，通过分析不同纳米颗粒中所含高能原子的比例来解释不同因素对纳米流体导热系数的影响规律。并通过对纳米流体结构性质以及纳米颗粒在模拟时间内微运动的分析，来说明纳米流体导热系数增大的微观机理。模拟结果表明，颗粒材料本身所具有导热系数越大，颗粒形状比表面积越大，则纳米颗粒所含高能原子比例越大，纳米流体的导热系数越大。颗粒体积浓度越大，则纳米流体的导热系数越大。通过分析纳米流体的径向分布函数发现，由于纳米颗粒的加入，纳米流体整体表现出类固体的结构特性，同时纳米颗粒的微运动会在局部流体产生微对流作用，因此纳米流体会具有显著增大的导热系数。