НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК


НОВОСИБИРСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

ISSN (печатн.): 1814-1196          ISSN (онлайн): 2658-3275
English | Русский

Последний выпуск
№3(72) Июль - Сентябрь 2018

Исследование встречных газодинамических потоков гелия в наноканалах и влияния учета столкновений атомов

Выпуск № 4 (57) Октябрь - Декабрь 2014
Авторы:

Д.С. ОЖГИБЕСОВ,
И.Ф. ГОЛОВНЕВ,
В.М. ФОМИН
DOI: http://dx.doi.org/10.17212/1814-1196-2014-4-147-154
Аннотация
В представленной работе проведены исследования газодинамических потоков гелия в наноканалах цилиндрической формы. Актуальность данной работы обусловлена бурным развитием энергетической сферы, а именно в области термоядерного синтеза, где сырьем выступает газ гелий. В связи с этим встает вопрос исследования новых способов добычи и сепарации гелия с помощью применения нанотехнологий. Рассмотрен случай истечения газа из двух резервуаров навстречу друг другу. Температура газа во всех расчетах предполагалась равной 300 К. Взаимодействие атомов гелия между собой описывалось потенциалом Леннарда-Джонса, а для описания взаимодействия атомов со стенками канала использовалась модель зеркального отражения. Исследования проводились в интервалах параметров: давление – от 0,1 до 5 атмосфер, длина каналов – от 100 Å до 10 . Особое внимание уделено каналам с радиусом 110 Å, так как это размеры каналов в мембранах, выпускаемых промышленностью в настоящее время. Результаты позволяют увидеть зависимости потоков газа в различных условиях от времени, а также частично понять процессы, протекающие внутри каналов в широком диапазоне параметров. Также результаты предоставляют возможность судить о расходе газа через круглые сечения, что, в свою очередь, можно использовать для сравнения с потоком Пуазейля при определенных условиях. Для подтверждения достоверности результатов было проведено сравнение с молекулярно-кинетической теорией, в результате которой выявлено влияние учета столкновений атомов на численное значение потоков в наноканалах.
Ключевые слова: гелий, газ, поток, наноканал, ценосфера, метод молекулярной динамики, расчет, моделирование, добыча, энергетика, условия нанотехнологии

Список литературы
1. Golovnev I.F., Ozhgibesov M.S., Fomin V.M. Molecular-dynamic study of a gas-dynamic flow in nanochannels // 13th International Conference on the Methods of Aerophysical Research, 5–10 February, 2007, Novosibirsk, Russia: Proceedings. – Novosibirsk: Parallel Publ., 2007. – Pt. 5. – P. 57–61.

2. Modeling of the gas dynamic process during the deposition of nanolayers on the surface of submicrometer channels of porous solids / I.F. Golovnev, M.S. Ozhgibesov, V.M. Fomin, B.M. Kuchumov // ESC Transactions. – 2009. – Vol. 25,

iss. 8, pt. 1: EuroCVD 17/CVD 17. – P. 357–363. – doi: 10.1149/1.3207613.

3. Ожгибесов Д.С., Головнев И.Ф., Фомин В.М. Исследование газодинамических потоков гелия в наноканалах и влияния учета столкновений атомов // Научный вестник НГТУ. – 2013. – № 2 (51). – С. 130–135.

4. Rafii-Tabar H. Computational modeling of thermo-mechanical and transport properties of carbon nanotubes // Physics Reports. – 2004. – Vol. 390, iss. 4–5. – P. 235–452. – doi:10.1016/j.physrep.2003.10.012.

5. Запороцкова И.В., Лебедев Н.Г. Механизмы заполнения углеродных однослойных нанотрубок атомарным водородом // Химическая физика. – 2006. – Т. 25, № 5. – С. 91–96.

6. Karniadakis G., Beskok A., Aluru N. Simple Fluids in Nanochannels // Microflows and nanoflows: fundamentals and simulation. – New York: Springer-Verlag, 2005. – P. 365–401. – (Interdisciplinary Applied Mathematics; vol. 29).

7. Adsorption phenomena in the transport of a colloidal particle through a nanochannel containing a partially wetting fluid / G. Drazer, J. Koplik, A. Acrivos, B. Khusid // Physical Review Letters. – 2002. – Vol. 89, iss. 24. – Art. 244501. –

P. 1–4. – doi: 10.1103/PhysRevLett.89.244501.

8. Han Y.-L., Muntz E.P., Alexeenko A., Young M. Experimental and computational studies of temperature gradient-driven molecular transport in gas flows through nano/micro-scale channels // Nanoscale and Microscale Thermophysical Engineering. – 2007. – Vol. 11, iss. 1–2. – P. 151–175. – doi:10.1080/15567260701337209.

9. Knudsen compressor as a micro and macroscale vacuum pump without moving parts or fluids / S.E. Vargo,

E.P. Muntz, G.R. Shiflett, W.C. Tang // Journal of Vacuum Science & Technology A. – 1999. – Vol. 17, iss. 4. – P. 2308–2313. – doi: 10.1116/1.581765.

10. Sharipov F., Kozak D.V. Rarefied gas flow through a thin slit at an arbitrary pressure ratio // European Journal of Mechanics – B/Fluids. – 2011. – Vol. 30, iss. 5. – P. 543–549. – doi:10.1016/j.euromechflu.2011.05.004.

11. Wang M., Lan X., Li Z. Analyses of gas flows in micro- and nanochannels // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 2008. – Vol. 51, iss. 13–14. – P. 3630–3641. – doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2007.10.011.

12. Xu J.L., Zhou Z.Q. Molecular dynamics simulation of liquid argon flow at platinum surfaces // Heat and Mass Transfer. – 2004. – Vol. 40, iss. 11. – P. 859–869. – doi: 10.1007/s00231-003-0483-3.

13. Song X., Chen J.K. A comparative study on poiseuille flow of simple fluids through cylindrical and slit-like nanochannels // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 2008. – Vol. 51, iss. 7–8. – P. 1770–1779. – doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2007.07.019.

14. Ozhgibesov M.S., Leu T. S., Cheng C.H. Rarefied gas flow through nanoscale tungsten channels // Journal of Molecular Graphics and Modelling. – 2013. – Vol. 42. – P. 32–38. – doi: 10.1016/j.jmgm.2013.02.013.

15. Hu G., Li D. Multiscale phenomena in microfluidics and nanofluidics // Chemical Engineering Science. 2007. –

Vol. 62, iss. 13. – P. 3443–3454. – doi:10.1016/j.ces.2006.11.058.

 
Просмотров: 729