凝聚态物理 > 软凝聚态物理
[提交于 2024年11月7日
(v1)
,最后修订 2025年2月10日 (此版本, v2)]
标题: 狭缝状纳米孔内的流体流动:分子尺度表面形貌的作用
标题: Fluid flow inside slit-shaped nanopores: the role of surface morphology at the molecular scale
摘要: 非平衡分子动力学(NEMD)模拟流体流动突显了纳米尺度流动与经典流体力学的特殊性;特别是,在宏观尺度上边界条件可能偏离无滑移行为。 对于狭缝状纳米孔中的流体流动,我们证明表面形貌可以有效控制滑移长度,当与孔壁和流体的分子结构匹配时,滑移长度趋近于零。 使用具有泵式驱动机制的边界驱动、能量守恒的NEMD模拟,我们研究了两种类型的孔壁——分别模拟晶体和非晶体材料——它们对流动表现出显著不同的表面阻力。 调整表面滑移后,所得的流速分布与不可压缩牛顿流体的泊肃叶理论一致。 对于这两个孔,我们分别观察到部分滑移和无滑移行为。 水力渗透率证实模拟流动处于达西区。 然而,流体的限制导致其有效粘度低于本体值;宽孔表现出边界和本体类似流动之间的转变。 此外,流动的热隔离导致流体温度沿流动方向线性增加,我们将这一现象与强烈的粘性耗散和热对流联系起来,利用流体力学的守恒定律。 注意到所研究的流体模型不会形成液滴,我们的发现挑战了之前报道的滑移、溶剂排斥性和耗竭区之间相关性的普遍性。 此外,它们强调了在分子尺度上进行建模的必要性,以准确捕捉边界附近和纳米多孔材料中的流体动力学,因为在这些情况下宏观模型可能不适用。
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