纳米尺度圆柱绕流尾迹区流动形式模拟研究

采用非平衡分子动力学模拟方法,对微尺度低{Re}数下的圆柱绕流问题进行了研究,模拟结果表明:当{Re}<12时,圆柱下游形成对称、无分离的定常流;当{Re}>20时,圆柱下游形成周期性交替出现的对称涡;当12相似文献   

水的汽液界面系统中势能与力的EMD模拟研究

分子间势能作用是研究分子界面行为的一个重点所在. 采用平衡态分子动力学 模拟(equilibrium molecular dynamics simulation, EMDS)方法，对由水分子 构成的汽液界面系统进行了模拟和研究. 分析统计结 果符合势能分布在液相区和气相区内存在明显落差的已知结论，并发现不同种力对分子穿越 两相区时所起的作用不同，Lennard-Jones(简写L-J)力阻碍分子凝结，而静电力则推动分子凝结并且在合力中起 主要作用. 同时，着重对发生相变行为的典型分子进行了追踪和分析，从能量的角度显 示了凝结(蒸发)相变过程对应着一个气态(液态)分子由高(低)势能位落入势阱(翻越 势垒)的能量降落(抬升)过程.     

水分子模型差异对汽液界面参数分布的影响

本文采用平衡分子动力学模拟方法,基于不同水分子模型(SPC、SPCE、TIP3P、TIP4P和TIP5P模型)进行了不同温度条件(330～550 K)下的模拟,得到了汽液平衡系统.统计得到的密度分布表明:TIP5P模型统计结果与试验值偏差较大, SPCE模型统计结果与试验值偏差较小,因而更适合高温下的汽液界面性质的模拟.分析不同模型对应的Lennard-Jones(L-J)势能及静电势能的变化规律表明;在同一温度下L-J势垒高度和静电势阱深度都按SPCE、SPC、TIP4P、TIP3P和TIP5P模型顺序呈递减趋势.不同水分子模型在空间结构和作用点个数方面存在的差异是导致上述规律的直接原因.复杂的分子结构和相互作用使得液相区内分子间斥力作用和汽相区内分子间引力作用表现更为显著.     

固体表面不同微观形貌对冷凝过程的影响

固壁表面发生的冷凝过程广泛存在于工程领域中,具有重要的研究意义.本文采用分子动力学模拟方法,对氩气在光滑/粗糙铂金属壁面的冷凝过程进行了研究,观察了近壁面区内液体的层状和网状密度分布特征及固液界面处的温度跳跃现象,前者是由固体表面作用势所致,后者则是分子热运动在微尺度固液界面区域所呈现的特殊现象.通过对不同工况模拟结果及系统内传热传质特性的分析发现,随着壁面凸起高度的增加,流固接触面积增大,接触热阻减小,换热效果得到了强化;凝结过程换热量随凸起高度的增加呈增长趋势;热量传递过程中,相变潜热量始终占总传热量的60%左右.     

纳米尺度圆柱绕流现象的分子动力学模拟研究

本文采用分子动力学模拟方法,利用Lennard-Jones(L-J)势能模型,模拟了Re为28时Ar流体流过Pt纳米圆柱的绕流现象.采用小步长时均值作为涡的瞬时值的方法,在纳米尺度、纳秒量级下得到了涡的周期性产生、组合、发展和脱落现象;在大步长时均条件下,得到了稳定的对称涡,表现出了绕流现象在不同时间范围内的不同特征.绕流过程还体现了流体的密度变化,圆柱上游密度大于下游密度、对称的两侧离轴线越远密度越大.结果表明,分子动力学模拟方法可以有效地细节刻画圆柱绕流现象.     

PEMFC阴极流道中阻块高度的敏度分析与优化

在质子交换膜燃料电池(PEMFC)的阴极流道中安装阻块可以强化氧气传输,提升电池性能,但不同位置的阻块高度对电池性能的影响程度不同。本文建立了一个三维、两相、稳态的PEMFC数值模型,对阴极流道安装有阻块的PEMFC进行了数值模拟,并结合全因子设计法研究了不同位置的阻块高度对电池性能的影响程度。此外,基于敏度分析结果,采用遗传算法对阻块高度进行了优化。结果表明:越靠近出口位置的阻块,其高度变化对低电压下的电池功率的影响程度越大。增加靠近出口位置的阻块高度可以促进催化层反应物的均匀分布,提高催化剂的利用率,最大程度地提升电池性能。当组块高度H1和高度增量ΔH分别为0.9537 mm和0.009 mm时,PEMFC性能最佳,与未安装阻块相比,电池最大净功率提高了18.45%。     

外力场对冷凝过程影响的分子动力学模拟研究

固壁表面发生的冷凝过程在工程应用中广泛存在,本文采用非平衡分子动力学模拟方法对高温蒸气在低温壁面上发生的冷凝过程进行了模拟研究.着重对该过程中的密度和局部温度等热力学参数分布进行了研究.同时,考察了两种气固温差条件下,壁面内、外法线方向上,不同强度的外力场对冷凝过程的影响,得到了结论:外力场是壁面内法线方向时促进冷凝进行,反之则阻碍冷凝进行,力场强度越大则影响效果越显著;当外力场一定时,气固温差越小,则外力场的相对影响程度越大.     

膨体聚四氟乙烯膜的亲水改性及其在微生物燃料电池中的应用

膨体聚四氟乙烯(ePTFE)膜以聚四氟乙烯为原料膨化拉伸而成,具有耐酸碱、强度高、生物适应性强、抗污染性高等优点。本文对已商品化的ePTFE膜进行亲水处理,并对无膜以及使用Nafion 117质子交换膜,未处理的ePTFE膜,亲水处理的ePTFE膜时的微生物燃料电池的性能进行了比较。实验发现ePTFE膜经过亲水处理后其与水的接触角从122°变化为64°;使用亲水性ePTFE膜的微生物燃料电池获得的最大功率密度为1303 mW/m~2,高于无膜(1170mW/m~2),使用Nafion 117(840 mW/m~2)和未处理ePTFE膜(678 mW/m~2)时的功率密度。结果表明ePTFE膜可以作为微生物燃料电池的分隔物,并且通过改善膜表面与水的接触角可以在增加质子传递效率的同时减小氧气的渗透,进而提高微生物燃料电池的电池性能。     

纳米尺度绕流现象中流体分子运动行为研究

采用分子动力学模拟方法,研究纳米尺度低Re数(Re=20)条件下,氩流体流过铂(FCC(100))金属圆柱的绕流现象.从流线和速度矢量分布两方面刻画涡的周期性产生、发展和脱落过程.结果显示,一个涡脱落周期大约为0.3 ns,斯特劳哈尔数St约为0.2;时均对称涡的长度是圆柱直径的1.4倍,涡径与圆柱直径相当.从速度场和密度场的角度刻画回流区,并进一步研究典型区域(圆柱中心线附近区域及下游邻近区域)的速度分布特性.