[發(fā)明專利]一種EMD方法計(jì)算不同形狀的納米顆粒的納米流體粘度

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011251946.7
• 申請(qǐng)日: 2020-11-11
• 公開（公告）號(hào): CN112380790A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李春泉;黃思源;閆丫丫;黃紅艷;尚玉玲;張明;侯杏娜;姜輝;劉正偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/28
• 分類號(hào): G06F30/28;G06F30/20;G06F17/11;G06F113/08;G06F119/14
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本發(fā)明利用平衡態(tài)分子動(dòng)力學(xué)（EMD）模擬計(jì)算不同形狀納米顆粒的納米流體的粘度，該方法使用Green?kubo計(jì)算納米顆粒的粘度，通過改變顆粒的形狀，計(jì)算不同形狀的納米顆粒下的粘度，得出納米顆粒對(duì)納米流體的粘度的影響。本發(fā)明方法的目的是為了將目前的納米流體中的納米顆粒由單一的球形轉(zhuǎn)換為不同的形狀的納米顆粒，在體積分?jǐn)?shù)相同的情況下，使納米流體的粘度值發(fā)生變化。從而探討在實(shí)際加工中將納米顆粒轉(zhuǎn)為不同形狀是否具有可行性與必要性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于分子模擬技術(shù)領(lǐng)域，涉及平衡態(tài)模擬計(jì)算納米流體的粘度的方法。

背景技術(shù)

研究粘度模型的原因是因?yàn)樵诨褐刑砑蛹{米顆粒的同時(shí)會(huì)改變基液的粘度。在實(shí)際應(yīng)用中，理想的納米流體應(yīng)具有較高熱導(dǎo)率，同時(shí)保證較低的粘度。因?yàn)檎扯鹊脑黾訒?huì)產(chǎn)生較大的流動(dòng)阻力，流動(dòng)過程中會(huì)增大能量損失，影響納米流體的對(duì)流換熱性能。

但是不同粘度值都會(huì)對(duì)納米流體的導(dǎo)熱系數(shù)造成影響，因此研究納米流體的粘度具有可信性和必要性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明利用平衡態(tài)分子動(dòng)力學(xué)（EMD）模擬計(jì)算不同形狀納米顆粒的納米流體的粘度，該方法使用Green-Kubo計(jì)算納米顆粒的粘度，通過改變顆粒的形狀，計(jì)算不同形狀的納米顆粒下的粘度，得出納米顆粒對(duì)納米流體的粘度的影響。本發(fā)明方法的目的是為了將目前的納米流體中的納米顆粒由單一的球形轉(zhuǎn)換為不同的形狀的納米顆粒，在體積分?jǐn)?shù)相同的情況下，使納米流體的粘度值發(fā)生變化。從而探討在實(shí)際加工中將納米顆粒轉(zhuǎn)為不同形狀是否具有可行性與必要性。

步驟1：構(gòu)建不同形狀的納米顆粒：

從金屬氧化物晶胞中提取不同形狀的納米顆粒，如圓柱，長(zhǎng)方體，球形；

步驟2：將不同的納米顆粒構(gòu)成納米流體：

由不同納米顆粒構(gòu)建出不同的水基氧化物納米流體；

步驟3：確定模型參數(shù)，力場(chǎng)，之后利用Green-Kubo法計(jì)算不同顆粒形狀下的納米流體的三個(gè)方向不同的粘度；公式如下：

式中：V是體積，T是溫度，k_B是波耳茲曼常數(shù)，式中用尖括號(hào)表示總體平均，即取模擬計(jì)算總時(shí)間的平均值。是壓力自相關(guān)函數(shù)。

步驟4：將三個(gè)方向粘度值進(jìn)行平均，得到最終的粘度值。

其中步驟1中，納米顆粒形狀利用比表面積使其具有直觀性：比表面積即：表面積、體積的值，例如球的比表面積是0.5525；圓柱的比表面積是0.6372,；長(zhǎng)方體的比表面積是0.7195。利用比表面積來表征形狀，可以直觀的表現(xiàn)出形狀對(duì)納米流體的影響。

其中步驟3，G-K法是利用對(duì)時(shí)間的關(guān)聯(lián)函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，從而通過壓力自相關(guān)函數(shù)可以觀察數(shù)據(jù)是否具有可靠性： 是壓力自相關(guān)函數(shù)；雖然采用EMD方法的尺寸效應(yīng)相對(duì)較小，可用較小的模擬尺寸得到無窮大體系的黏度。G-K是將三個(gè)對(duì)角向量的粘度進(jìn)行計(jì)算，分別是Pxx，Pyy，Pzz的壓力自相關(guān)進(jìn)行計(jì)算粘度，計(jì)算其平均值，得出粘度值。

在得到計(jì)算方法之后，將不同形狀下的納米流體的粘度進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)在相同體積分?jǐn)?shù)的情況下，長(zhǎng)方體納米顆粒的納米流體的粘度最大。

本發(fā)明的效果體現(xiàn)在，可以有效的計(jì)算水基金屬氧化物的納米流體的粘度，在改變納米顆粒的形狀，納米流體的粘度會(huì)隨著顆粒變化而變化，在同等條件下，比表面積越大，納米流體的粘度越大。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中所述方法的流程圖；

圖2球形納米顆粒示意圖；

圖3圓柱形納米顆粒示意圖；

圖4長(zhǎng)方體納米顆粒示意圖。