Рудяк Валерий Яковлевич,
Краснолуцкий Сергей Леонидович
Аннотация
Наножидкости, т. е. дисперсные жидкости с наночастицами, – новый тип дисперсных жидкостей, изучение которых началось около двух десятилетий тому назад. Эти исследования показали, что они имеют нестандартные свойства и не описываются классическими теориями для обычных дисперсных жидкостей. В частности, моделирование процессов переноса в них удается осуществить лишь методом молекулярной динамики. Это требует, однако, знания соответствующих потенциалов взаимодействия. Важным классом наножидкостей являются флюиды с полыми частицами. На практике такие наножидкости уже широко применяются в медицине и при создании косметических и парфюмерных препаратов. Целью данной работы является вывод потенциалов взаимодействия полой твердой наночастицы с молекулой несущей среды и двух полых наночастиц между собой. Рассмотрена наножидкость, состоящая из несущего флюида (газа или жидкости) и полых наночастиц. Частицы предполагаются твердыми и сферическими. Взаимодействие атомов полой наночастицы и молекул несущей среды описывается потенциалом Леннард-Джонса. Таким же потенциалом описывается и взаимодействие атомов наночастиц между собой. Потенциал взаимодействия молекулы несущей среды с данной наночастицей ищется в виде суммы потенциалов этой молекулы со всеми атомами наночастицы. Аналогично определяется и потенциал взаимодействия наночастиц. При этом твердое тело аппроксимируется континуальной моделью. Полученные потенциалы предназначены для моделирования процессов переноса в наножидкостях, содержащих в качестве дисперсного элемента полые наночастицы и их течений.
Ключевые слова: потенциал взаимодействия, наночастицы, полые наночастицы, наножидкости, наногазовзвеси, процессы переноса
Авторы:
Рудяк Валерий Яковлевич
родился в 1945 году, д-р физ.-мат. наук, профессор, заслуженный ра-ботник высшей школы РФ, действительный член МАН ВШ, действи-тельный член Американского нанообщества (American Nano Society), заведующий кафедрой теоретической механики НГАСУ (Сибстрин). Основные научные направления исследований: неравновесная стати-стическая механика, кинетическая теория газов, теплофизика процес-сов переноса, физика наножидкостей, гидромеханика, ламинарно-турбулентный переход, математическое моделирование. Имеет более 500 публикаций,
в том числе 6 монографий. (Адрес: 630008, Россия, г. Новосибирск, Ленинградская, 113. Е-mail: valery.rudyak@mail.ru).
Краснолуцкий Сергей Леонидович
родился в 1973 году, канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры теоретиче-ской механики НГАСУ (Сибстрин). Область научных интересов: кине-тическая теория газов, неравновесная статистическая механика, физика и механика процессов переноса, процессы переноса в наножидкостях. Опубликовано более 50 научных работ. (Адрес: 630008, Россия, г. Новосибирск, Ленинградская, 113. E-mail: sergius-l@mail.ru).
Список литературы
- О методах измерения коэффициента диффузии и размеров наночастиц в разреженном газе / В.Я. Рудяк, С.Л. Краснолуцкий, А.Г. Насибулин, Е.И. Кауппинен // Доклады Академии наук. – 2002. – Т. 386, № 5. – С. 624–627.
- Рудяк В.Я., Краснолуцкий С.Л., Иващенко Е.Н. О влиянии физических свойств материала наночастиц на их диффузию в разреженных газах // Инженерно-физический журнал. – 2008. – Т. 81, № 3. – С. 76–81.
- Rudyak V.Ya., Dubtsov S.N., Baklanov A.M. Measurements of the temperature dependent diffusion coefficient of nanoparticles in the range of 295–600K at atmospheric pressure // Journal of Aerosol Science. – 2009. – Vol. 40. – P. 833–843. – doi: 10.1016/j.jaerosci.2009.06.006.
- Rudyak V.Ya., Kharlamov G.V., Belkin A.A. Diffusion of nanoparticles and macromolecules in dense gases and liquids // High Temperature. – 2001. – Vol. 39. – P. 264–271.
- Ould-Kaddour F., Levesque D. Diffusion of nanoparticles in dense fluids // The Journal of Chemical Physics. – 2007. – Vol. 127. – P. 154514. – doi: 10.1063/1.2794753.
- Particle size and interfacial effects on thermo-physical and heat transfer characteristics of water-based α-SiC nanofluids / E.V. Timofeeva, D.S. Smith, W. Yu, D.M. France, D. Singh, J.L. Routbort // Nanotechnology. – 2010. – Vol. 21. – N 21. – P. 215703. – doi: 10.1088/0957-4484/21/21/215703.
- Hosseini S.Sh., Shahrjerdi A., Vazifeshenas Y. A review of relations for physical properties of nanofluids // Australian Journal of Basic and Applied Sciences. – 2011. – Vol. 5 (10). – P. 417–435.
- Mahbubul I.M., Saidur R., Amalina M.A. Latest developments on the viscosity of nanofluids // International Journal Heat and Mass Transfer. – 2012. – Vol. 55. – P. 874–885. – doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2011.10.021.
- Viscosity measurements on colloidal dispersions (nanofluids) for heat transfer applications / D. Venerus, J. Buongiorno, R. Christianson, J. Townsend, I.C. Bang, G. Chen, S.J. Chung, M. Chyu, H. Chen, Y. Ding, F. Dubois, G. Dzido, D. Funfschilling, Q. Galand, J. Gao, H. Hong, M. Horton, L.W. Hu, C.S. Iorio, A.B. Jarzebski, Y. Jiang, S. Kabelac, M.A. Kedzierski, C. Kim, J.H. Kim, S. Kim, T. McKrell, R. Ni, J. Philip, N. Prabhat, P. Song, S.V. Vaerenbergh, D. Wen, S. Witharana, X. Zhao, S. Zhou // Applied Rheology. – 2010. – Vol. 20, N 4. – P. 44582. – doi: 10.3933/ApplRheol-20-44582.
- France Yu.W., Routbort J.L., Choi D.M. Review and comparison of nanofluid thermal conductivity and heat transfer enhancements // Heat Transfer Engineering. – 2008. – Vol. 29, N 5. – P. 432–460. – doi: 10.1080/01457630701850851.
- Kleinstreuer K., Yu F. Experimental and theoretical studies of nanofluid thermal conductivity enhancement: a review // Nanoscale Research Letters. – 2011. – Vol. 6, N 229. – P. 1–13. – doi: 10.1186/1556-276X-6-229.
- Экспериментальные данные о зависимости вязкости наножидкостей на основе воды и этиленгликоля от размера и материала частиц / В.Я. Рудяк, А.В. Минаков, М.С. Сметанина, М.И. Пряжников // Доклады Академии наук. – 2016. –Т. 467, вып. 3. – С. 289–291.
- Angayarkanni S.A., Philip J. Review on thermal properties of nanofluids: recent developments // Advances in Colloid and Interface Science. – 2015. – Vol. 225. – P. 146–176. – doi: 10.1016/j.cis.2015.08.014.
- Thermal conductivity measurements of nanofluids / M. Pryazhnikov, A. Minakov, V. Rudyak, D. Guzei // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 2017. – Vol. 104. – P. 1275–1282. – doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.09.080.
- Nanoparticle friction force and effective viscosity of nanofluids / V.Ya. Rudyak, A.A. Belkin, E.A. Tomilina, V.V. Egorov // Defect and Diffusion Forum. – 2008. – Vol. 273–276. – P. 566–571. – doi: 10.4028/www.scientific.net/DDF.273-276.566.
- Rudyak V.Ya., Krasnolutskii S.L. Dependence of the viscosity of nanofluids on nanoparticle size and material // Physics Letters A. – 2014. – Vol. 378. – P. 1845–1849. – doi: 10.1016/j.physleta.2014.04.060.
- Романов Н.А., Калашников С.В., Номоев А.В. Механизмы образования композитных наночастиц (полые наночастицы) // Молодой ученый. – 2012. – № 8 (43). – С. 11–13.
- Nanotechnology-based cosmeceuticals / A. Lohani, A. Verma, H. Joshi, N. Yadav, N. Karki // ISRN Dermatology. – 2014. – Art. 843687. – P. 1–14. – doi: 10.1155/2014/843687.
- Sharma A., Kumar S., Mahadevan N. Nanotechnology: a promising approach for cosmetics // International Journal of Advances in Pharmaceutical Research. – 2012. – Vol. 2 (2). – P. 54–61.
- Puliti G., Paolucci S., Sen M. Thermodynamic properties of gold–water nanofluids using molecular dynamics // Journal of Nanoparticle Research. – 2012. – Vol. 14. – P. 1296. – doi: 10.1007/s11051-012-1296-4.
- Гудман Ф., Вахман Г. Динамика рассеяния газа поверхностью. – М.: Мир, 1980. – 423 с.
- Каплан И.Г. Введение в теорию межмолекулярных взаимодействий. – М.: Наука, 1982. – 312 с.
- Rudyak V.Ya., Krasnolutskii S.L. The interaction potential of dispersed particles with carrier gas molecules // Proceedings of 21st International Symposium on RGD. – Toulouse, Gépadués-Éditions, 1999. – Vol. 1. – P. 263–270.
- Рудяк В.Я., Краснолуцкий С.Л., Иванов Д.А. О потенциале взаимодействия наночастиц // Доклады Академии наук. – 2012. – Т. 442, № 1. – С. 54–56.
- Hamaker H.C. The London – van der Waals attraction between spherical particles // Physica. – 1937. – Vol. 4, N 10. – P. 1058–1072. – doi: 10.1016/S0031-8914(37)80203-7.
Благодарности. Финансирование
Исследование выполнено при частичном финансировании РФФИ (грант № 17-01-000040)
For citation: Rudyak V.Ya., Krasnolutskii S.L. Potentsialy vzaimodeistviya polykh nanochastits mezhdu soboi i s molekulami nesushchei sredy [Interaction potentials of hollow nanoparticles with each other and with molecules of the carrier medium]. Doklady Akademii nauk vysshei shkoly Rossiiskoi Federatsii – Proceedings of the Russian higher school Academy of sciences, 2017, no. 2 (35), pp. 32–42. doi: 10.17212/1727-2769-2017-2-32-42
