ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК
ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Print ISSN: 1727-2769    Online ISSN: 2658-3747
English | Русский

Последний выпуск
№3(40) июль-сентябрь 2018

Потенциалы взаимодействия композитных наночастиц между собой и с молекулами несущей среды

Выпуск № 3 (40) июль-сентябрь 2018
Авторы:

Рудяк Валерий Яковлевич,
Краснолуцкий Сергей Леонидович
DOI: http://dx.doi.org/10.17212/1727-2769-2018-3-26-37
Аннотация

Исследования наножидкостей показали, что они имеют нестандартные свойства. В частности, процессы переноса в наножидкостях, их вязкость и теплопроводность не описываются классическими теориями. Помимо однородных наночастиц, большой практический интерес представляют композитные, в частности состоящие из ядра и оболочки из разных материалов. Для стабилизации наножидкостей и предотвращения агрегации частиц применяют различные поверхностно-активные вещества (ПАВ). В этом случае также фактически имеет место композитная частица. Для моделирования процессов переноса в наножидкостях в настоящее время широко используется метод молекулярной динамики. Этот метод в свою очередь требует задания соответствующих потенциалов взаимодействия. Целью данной работы является вывод потенциалов взаимодействия композитной наночастицы с молекулой несущей среды и двух таких наночастиц между собой. Частицы предполагаются твердыми и сферическими. Взаимодействие атомов наночастицы и молекул несущей среды описывается потенциалами Леннард–Джонса с соответствующими параметрами. Также потенциалами Леннард–Джонса 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 покрытые ПАВ или композитные наночастицы, и их течений.


Ключевые слова: потенциал взаимодействия, наночастицы, ПАВ, композитные наночастицы, наножидкости, наногазовзвеси, процессы переноса.

Список литературы
  1. Wong K.V., Leon O. de. Applications of nanofluids: current and future // Advances in Mechanical Engineering. – 2010. – Vol. 2. – Art. 519659. – doi: 10.1155/2010/519659.
  2. Рудяк В.Я. Современные проблемы микро- и нанофлюидики. – Новосибирск: Наука, 2016. – 298 с.
  3. Einstein A. Eine neue bestimmung der moleküldimensionen // Annalen der Physik. – 1906. – Vol. 19. – P. 289–306.
  4. Batchelor G.K. Brownian diffusion of particles with hydrodynamic interaction // Journal of Fluid Mechanics. – 1976. – Vol. 74, pt. 1. – P. 1–29. – doi: 10.1017/S0022112076001663.
  5. Murshed S.M. Sohel, Estelléb P. A state of the art review on viscosity of nanofluids // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2017. – Vol. 76. – P. 1134–1152. – doi: 10.1016/j.rser.2017.03.113. – doi: 10.1016/j.rser.2017.07.016.
  6. Effect of particle size on the viscosity of nanofluids: a review / D.H. Koca, S. Doganay, A. Turgutc, I.H. Tavmanc, R. Saidurd, I.M. Mahbubulf // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2018. – Vol. 82. – P. 1664–1674. – doi: 10.1016/j.rser.2017.07.016.
  7. 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.
  8. 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.
  9. 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, № 3. – С. 289–291.
  10. Review and comparison of nanofluid thermal conductivity and heat transfer enhancements / Yu. Wenhua, D.M. France, J.L. Routbort, U.S. Choi // Heat Transfer Engineering. – 2008. – Vol. 29. – N 5. – P. 432–460. – doi: 10.1080/01457630701850851.
  11. Kleinstreuer C., Feng Yu. 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.
  12. Рудяк В.Я., Краснолуцкий С.Л. Моделирование коэффициента теплопроводности наножидкости с малыми частицами методом молекулярной динамики // ЖТФ. – 2017. – Т. 87, вып. 10. – С. 1450–1458.
  13. The experimental study of nanofluids boiling crisis on cylindrical heaters / A.V. Minakov, M.I. Pryazhnikov, D.V. Guzei, G.M. Zeer, V.Ya. Rudyak // International Journal of Thermal Sciences. – 2017. – Vol. 116. – P. 214–223. – doi: 10.1016/j.ijthermalsci.2017.02.019.
  14. Thermal stability of Sb/Sb2O3 composite nanoparticles / D.W. Zeng, X. Chen, R. Jiang, C.S. Xie, B.L. Zhua, W.L. Song // Materials Chemistry and Physics. – 2006. – Vol. 96, N 2–3. – P. 454–458. – doi: 10.1016/j.matchemphys.2005.07.033.
  15. Синтез металлических наночастиц на углеродной матрице / В.А. Мальцев, О.А. Нерушев, С.А. Новопашин, С.З. Сахапов, Д.В. Смовж // Российские нанотехнологии. – 2007. – T. 2, № 5–6. – С. 85–89.
  16. Hybrid, silica-coated, Janus-like plasmonic-magnetic nanoparticles / G.A. Sotiriou, A.M. Hir, P.-Y. Lozach, A. Teleki, F. Krumeich, S.E. Pratsinis // Chemistry of Materials. – 2011. – Vol. 23 (7). – P. 1985–1992. – doi: 10.1021/cm200399t.
  17. Романов Н.А., Калашников С.В.; Номоев А.В. Механизмы образования композитных наночастиц (полые наночастицы) // Молодой ученый. – 2012. – № 8 (43). – С. 11–13.
  18. Такетоми С., Тикадзуми С. Магнитные жидкости. – М.: Мир, 1993. – 272 с.
  19. Mukherjee S., Paria S. Preparation and stability of nanofluids – a review // IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering. – 2013. – Vol. 9, no. 2. – P. 63–69.
  20. Рудяк В.Я., Краснолуцкий С.Л. Диффузия наночастиц в разреженном газе // ЖТФ. – 2002. – Т. 72, № 7. – С. 13–20.
  21. 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.
  22. Рудяк В.Я., Краснолуцкий С.Л., Иванов Д.А. О потенциале взаимодействия наночастиц // Доклады Академии наук. – 2012. – Т. 442, № 1. – С. 54–56.
  23. Рудяк В.Я., Краснолуцкий С.Л. Потенциалы взаимодействия полых наночастиц между собой и с молекулами несущей среды // Доклады АН ВШ РФ. – 2017. – № 2 (35). – С. 32–42. – doi: 10.17212/1727-2769-2017-2-32-42.
  24. Гудман Ф., Вахман Г. Динамика рассеяния газа поверхностью. ? М.: Мир, 1980. – 423 с.
  25. Каплан И.Г. Введение в теорию межмолекулярных взаимодействий. – М.: Наука, 1982. – 312 с.
  26. 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 (гранты № 17-01-00040, № 17-58-45023).

Для цитирования:

Рудяк В.Я., Краснолуцкий С.Л. Потенциалы взаимодействия композитных наночастиц между собой и с молекулами несущей среды // Доклады АН ВШ РФ. – 2018. – № 3 (40). – C. 26–37. doi: 10.17212/1727-2769-2018-3-26-37

For citation:

Rudyak V.Ya., Krasnolutsky S.L. Potentsialy vzaimodeistviya kompozitnykh nanochastits mezhdu soboi i s molekulami nesushchei sredy [potentials of composite nanoparticles interaction 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, 2018, no. 3 (40), pp. 26–37. doi: 10.17212/1727-2769-2018-3-26-37.

Просмотров: 35