液體壁面滑移特征及啟動壓力梯度的分子動力學研究.pdf

1、20世紀80年代末，研究人員開始關注以微機電系統(tǒng)(MEMS)器件為研究對象的微力學系統(tǒng)，微尺度下流體的流動性質的研究也日益得到人們的重視，并且在工業(yè)、電子信息技術及生物工程領域已經有著廣泛的應用。在微流動中，由于流體所處流動環(huán)境的特殊性，一些在宏觀條件下原本可以忽略的因素，比如尺寸效應和表面力等因素就要被考慮到微流體的受力之內。但是由于微流動本身的復雜性，給研究帶來很大的困難和挑戰(zhàn)，其流動機制還沒有徹底弄明白。就目前的科學技術而言，還缺

2、乏能夠定量地精確測量微流動中各個物理量的條件。本文運用分子動力學模擬的方法，恰好可以彌補理論方法及傳統(tǒng)實驗在微流動研究方面的不足，為進一步認識了解并且利用微流動提供了一種有效的方法。
　　 本論文以流體力學為基礎，以平行板間的Poiseuille流為研究對象，用分子動力學模擬的方法研究了微流動中存在的壁面滑移現(xiàn)象及其減阻作用，并分析了液體啟動壓力梯度的產生機理等內容。
　　 首先，論文介紹了微流動的研究背景及其發(fā)展狀況;

3、列舉了微流動的影響因素及分子動力學模擬在減阻方面的研究進展;著重介紹了啟動壓力梯度的一些基本理論及其最新研究進展;比較全面地介紹了有關分子動力學模擬的基本原理，模擬過程以及具體的實現(xiàn)方法;展望了分子動力學的發(fā)展趨勢。
　　 論文接著介紹了壁面滑移的研究現(xiàn)狀，建立了分子動力學模擬模型。通過改變壁面潤濕性及外力作用的影響，研究了壁面潤濕性對流體流速及壁面滑移速度的影響。研究表明，流體在強疏水性通道中流動時，邊界處存在明顯的滑移速度;

4、而在強親水性通道中流動時，靠近固壁處的流體幾乎不流動，存在邊界粘附層。接著分析了流體分別在強疏水性與強親水性通道中流動時滑移長度與外力的關系。計算結果表明:無論是在親水性還是疏水性通道，絕對滑移長度均隨外力的增大而減小，并且趨于定值0。另外，我們對不同潤濕性下通道寬度和外力對壁面滑移及滑移長度的綜合影響也做了模擬計算，分析了流量及減阻率隨外力變化的關系。研究表明:無論在疏水性還是親水性通道，滑移速度均隨外力的增大而增大;隨通道寬度的減小