مشخصات مقاله:
عنوان فارسی مقاله:
شبیه سازی دینامیک ملکولی غیر تعادلی جریان گاز در نانوکانال های ارگانیک
عنوان انگلیسی مقاله:
Non-equilibrium molecular dynamics simulation of gas flow in organic nanochannels
کلمات کلیدی مقاله:
شبیه سازی های دینامیک ملکولی، سنگ رسی، جذب سطحی، انتقال، ضریب پخش، انتقال مرحله جذب شده
مناسب برای رشته های دانشگاهی زیر:
فیزیک
مناسب برای گرایش های دانشگاهی زیر:
فیزیک محاسباتی
وضعیت مقاله انگلیسی و ترجمه:
مقاله انگلیسی را میتوانید به صورت رایگان با فرمت PDF از باکس زیر دانلود نمایید. ترجمه این مقاله با فرمت WORD – DOC آماده خریداری و دانلود آنی میباشد.
فهرست مطالب:
چکیده
1- مقدمه
2- روشهای دینامیک ملکولی
3- نتایج و بحث
3.1- تعادل
3.2- جریان نیرو-محور
4- نتیجه گیری ها
قسمتی از مقاله انگلیسی و ترجمه آن:
Abstract
The objective for this work is to investigate the contribution of the adsorbed phase to the mass flux and comparing transport of gases with different adsorption affinities in organic nano-scale channels. In this work, force-driven Non-Equilibrium molecular dynamics (NEMD) simulations are used to compare the transport of gases with high adsorption affinity (Methane and Argon) with the ones with low adsorption affinity (Helium), for channel heights of 2, 4, 6, and 8 nm at two Knudsen numbers of 0.1 and 0.2. Velocity and mass flux profiles across the channel for Argon, Methane, and Helium are compared. Transport diffusion coefficients and molecular flux of these gas are also calculated. Furthermore, adsorption properties are analysed using Grand Canonical Monte Carlo simulations.
For all the gases studied, plug-shaped velocity profiles are observed irrespective of the channel size and Knudsen number. Mass flux profiles of Argon and Methane across the channels demonstrate a significant contribution of adsorbed molecules to the total mass flux. Furthermore, as Knudsen number increases, the contribution of the adsorbed phase to the total mass flux becomes higher. Molecular flux of Helium is smaller than that of Argon and Methane for all channel sizes. The calculated diffusion coefficients of Methane are higher than those for Argon for all the channel sizes and they decrease as the channel size increases. For Argon and Methane, the diffusion coefficients become smaller as Knudsen number increases. For Helium, the diffusion coefficients are weak functions of the channel size and Knudsen number. Based on the results, contribution of the adsorbed molecules can be more than 50% of the total mass flux of the channel. For the pressure ranges studies, transport diffusivity of Helium is less sensitive to pressure and Knudsen number compared to Argon and Methane. This study shows that the transport through organic nano-scale conduits is essentially diffusive. Therefore, to have a realistic model for predicting the recovery of fluids from unconventional resources, the transport equations in organic nanopores should be replaced by the diffusive transport equations.
چکیده
هدف مطالعه حاضر این است که کمک مرحله جذب شده به شار جرم را بررسی کند و انتقال گازها را با کشش های (میل ترکیبی) مختلف جذب سطحی در کانال های آلی مقیاس نانو مقایسه کند. در این مطالعه برای مقایسه انتقال (جابجایی) گازهایی با کشش جذب زیاد (متان و آرگون)، با گازهایی با کشش جذب کم (هلیوم)، از شبیه سازی های دینامیک ملکولی غیر تعادلی نیرو-محور (NEMD) استفاده کرده ایم، که ارتفاع کانال ها 2، 4، 6 و 8 نانومتر (nm) در دو عدد نودسِن به اندازه 0.1 و 0.2 بود. خصوصیات سرعت و شار جرم در بین کانال ها برای آرگون، متان و هلیوم مقایسه می گردد. ضریب های پخش جابجایی و شار ملکولی این گازها نیز محاسبه شده است. خصوصیات جذب (جذب سطحی) هم با استفاده از شبیه سازی های Grand Canonical Monte Carlo تحلیل شده است.
برای همه گازهای مطالعه شده، خصوصیات سرعت (به شکل دو شاخه) بدون توجه به اندازه کانال و عدد نودسن، مشاهده شد. خصوصیات شار جرم آرگون و متان در بین کانال ها، کمک مهم ملکول های جذب شده به شار جرم کلی را اثبات می کند. همچنین وقتی که عدد نودسن افزایش می یابد، کمک مرحله جذب شده به شار جرم کلی بیشتر می شود. شار ملکولی هلیوم در همه اندازه های کانال، نسبت به آرگون و متان کوچکتر است. ضریب های پخش محاسبه شده متان در مقایسه با آرگون برای همه اندازه های کانال بزرگتر است، و زمانیکه اندازه کانال افزایش می یابد این ضریب ها کاهش می یابند. وقتی که عدد نودسن افزایش می یابد، ضریب های پخش برای آرگون و متان کوچکتر می گردد. ضریب های پخش برای هلیوم، تابع ضعیفی از اندازه کانال و عدد نودسن است. بر اساس نتایج، کمک ملکول های جذب شده می تواند بیش از 50 درصد شار جرم کلی کانال باشد. برای مطالعات دامنه های فشار، ضریب پخش هلیوم در مقایسه با آرگون و متان، حساسیت کمتری نسبت به فشار و عدد نودسن دارد.
این مطالعه نشان می دهد که انتقال از طریق مجراهای آلی مقیاس نانو، ضرورتاً بصورت پخشی (انتشاری) است. بنابراین برای داشتن یک مدل واقع گرایانه برای پیش بینی بازیابی سیال ها (شاره ها) از منابع غیرمتعارف ، باید معادلات انتقال در منفذهای نانوی (ریز منفذها) آلی را با معادلات انتقال پخشی جایگزین کنیم.