[发明专利]一种EMD方法计算不同形状的纳米颗粒的纳米流体粘度

说明书

本发明利用平衡态分子动力学（EMD）模拟计算不同形状纳米颗粒的纳米流体的粘度，该方法使用Green‑kubo计算纳米颗粒的粘度，通过改变颗粒的形状，计算不同形状的纳米颗粒下的粘度，得出纳米颗粒对纳米流体的粘度的影响。本发明方法的目的是为了将目前的纳米流体中的纳米颗粒由单一的球形转换为不同的形状的纳米颗粒，在体积分数相同的情况下，使纳米流体的粘度值发生变化。从而探讨在实际加工中将纳米颗粒转为不同形状是否具有可行性与必要性。

技术领域

本发明属于分子模拟技术领域，涉及平衡态模拟计算纳米流体的粘度的方法。

背景技术

研究粘度模型的原因是因为在基液中添加纳米颗粒的同时会改变基液的粘度。在实际应用中，理想的纳米流体应具有较高热导率，同时保证较低的粘度。因为粘度的增加会产生较大的流动阻力，流动过程中会增大能量损失，影响纳米流体的对流换热性能。

但是不同粘度值都会对纳米流体的导热系数造成影响，因此研究纳米流体的粘度具有可信性和必要性。

发明内容

本发明利用平衡态分子动力学（EMD）模拟计算不同形状纳米颗粒的纳米流体的粘度，该方法使用Green-Kubo计算纳米颗粒的粘度，通过改变颗粒的形状，计算不同形状的纳米颗粒下的粘度，得出纳米颗粒对纳米流体的粘度的影响。本发明方法的目的是为了将目前的纳米流体中的纳米颗粒由单一的球形转换为不同的形状的纳米颗粒，在体积分数相同的情况下，使纳米流体的粘度值发生变化。从而探讨在实际加工中将纳米颗粒转为不同形状是否具有可行性与必要性。

步骤1：构建不同形状的纳米颗粒：

从金属氧化物晶胞中提取不同形状的纳米颗粒，如圆柱，长方体，球形；

步骤2：将不同的纳米颗粒构成纳米流体：

由不同纳米颗粒构建出不同的水基氧化物纳米流体；

步骤3：确定模型参数，力场，之后利用Green-Kubo法计算不同颗粒形状下的纳米流体的三个方向不同的粘度；公式如下：

式中：V是体积，T是温度，k_B是波耳兹曼常数，式中用尖括号表示总体平均，即取模拟计算总时间的平均值。是压力自相关函数。

步骤4：将三个方向粘度值进行平均，得到最终的粘度值。

其中步骤1中，纳米颗粒形状利用比表面积使其具有直观性：比表面积即：表面积、体积的值，例如球的比表面积是0.5525；圆柱的比表面积是0.6372,；长方体的比表面积是0.7195。利用比表面积来表征形状，可以直观的表现出形状对纳米流体的影响。

其中步骤3，G-K法是利用对时间的关联函数进行计算，从而通过压力自相关函数可以观察数据是否具有可靠性： 是压力自相关函数；虽然采用EMD方法的尺寸效应相对较小，可用较小的模拟尺寸得到无穷大体系的黏度。G-K是将三个对角向量的粘度进行计算，分别是Pxx，Pyy，Pzz的压力自相关进行计算粘度，计算其平均值，得出粘度值。

在得到计算方法之后，将不同形状下的纳米流体的粘度进行比较，发现在相同体积分数的情况下，长方体纳米颗粒的纳米流体的粘度最大。

本发明的效果体现在，可以有效的计算水基金属氧化物的纳米流体的粘度，在改变纳米颗粒的形状，纳米流体的粘度会随着颗粒变化而变化，在同等条件下，比表面积越大，纳米流体的粘度越大。

附图说明

图1是本发明中所述方法的流程图；

图2球形纳米颗粒示意图；

图3圆柱形纳米颗粒示意图；

图4长方体纳米颗粒示意图。