Molecular dynamics modeling of nanofluid separation in nanomembranes.pdf В последние годы активно обсуждается возможность использования нанопо-ристых мембран для разделения смесей газов [1-3]. И здесь для изучения процессов переноса, наряду с экспериментом, активно применяется метод молекулярной динамики (МД) [4-6]. Так, в [7] мембрана моделировалась трехмерной сетью пор. Изучался перенос и адсорбция молекул газов, была найдена оптимальная конфигурация пористой структуры для обеспечения наиболее эффективного разделения газов. В работе [8] исследована эффективность разделения смесей газов O2/N2, CO2/N2 в трех цеолитовых мембранах. Было установлено, что газы, имеющие сходные адсорбционные характеристики и размеры молекул, плохо разделяются. При изучении разделения смеси H2/CO [9] в нанопористых углеродных мембранах показано, что наибольшее влияние на скорость разделения смеси оказывает характерный размер поры. Наконец, стоит упомянуть работу [10], где изучено разделение выхлопных газов в нанопористых углеродных мембранах при больших температурах. В частности, была найдена оптимальная плотность смеси для эффективного разделения газов при температуре 673K. Одновременно в связи с бурным развитием микроэлектромеханических систем и нанотехнологий различного назначения быстро растет интерес к процессам переноса в наножидкостях [11-13]. Разделение наножидкостей с помощью нано-мембран также представляет большой интерес. В качестве примера использования такого разделения можно привести системы очистки воздуха и воды от вирусов, которые по размерам являются наночастицами. С другой стороны, нанопристые мембраны - типичный инструмент разделения различных веществ в живых организмах. Целью данной работы является выявление основных факторов, влияющих на эффективность разделения наножидкости при ее прохождении через нанопори-стую мембрану. Изучено влияние пористости мембраны, типа укладки гранул мембраны, отношения размеров наночастиц к размерам гранул, отношения масс и размеров компонентов флюида, а также плотности несущего флюида на скорость разделения смесей. Для моделирования использовался алгоритм метода МД, являвшийся обобщением алгоритма для системы твердых сфер [14-17]. Пористые мембраны моделировались регулярными укладками твердых частиц (гранул). В данной работе представлены результаты моделирования системы, в которой гранулы имели диаметр 4d, а наночастицы - 5d, где d - диаметр молекулы несущего флюида. Схематическая иллюстрация моделируемой системы представлена на рис. 1. Система представляла собой ячейку-параллелепипед с твердыми стенками. Ее левая часть (область 1) в начальный момент заполнялась наножидкостью. Несущим компонентом могли быть и жидкость, и газ. В данной работе представлены результаты для случая, когда несущим являлся плотный газ. В типичном расчете участвовало порядка десяти тысяч молекул. Проводились расчеты и с существенно большим числом молекул, полученные результаты при этом практически не менялись. Объемная концентрация наночастиц изменялась в пределах от одного до двадцати процентов. Естественно, в данной постановке можно изучать и транспорт бинарной смеси газов. О о о о ^^Ьо

Скачать электронную версию публикации