崔杰 苏俊杰 王军† 夏国栋 李志刚

1) (北京工业大学能源与动力工程学院, 传热强化与过程节能教育部重点实验室, 传热与能源利用北京市重点实验室, 北京 100124)

2) (香港科技大学机械及航空航天工程学系, 香港)

基于非平衡态分子动力学模拟方法, 研究了自由分子区内纳米颗粒的热泳特性.理论研究表明, 纳米颗粒与周围气体分子之间的非刚体碰撞效应会明显地改变其热泳特性, 经典的Waldmann 热泳理论并不适用,但尚未有定量的直接验证.模拟计算结果表明: 对于纳米颗粒而言, 当气−固相互作用势能较弱或气体温度较高时, 气体分子与纳米颗粒之间的非刚体碰撞效应可以忽略, Waldmann 热泳理论与分子动力学模拟结果吻合较好; 当气−固相互作用势能较强或气体温度较低时, 非刚体碰撞效应较为明显, Waldmann 热泳理论与模拟结果存在较大误差.基于分子动力学模拟结果, 对纳米颗粒的等效粒径进行了修正, 并考虑了气体分子与纳米颗粒之间的非刚体碰撞效应, 理论计算结果与分子动力学模拟结果吻合较好.

1 引 言

微细颗粒在温度不均匀的气体中运动时, 会受到周围气体分子的差异性碰撞, 从而受到一个沿温度梯度相反方向上力的作用, 即为热泳力.颗粒在热泳力作用下的运动, 称为热泳[1−4].通常情况下,来自高温区域的气体分子与颗粒之间的碰撞更为剧烈, 这便导致颗粒受到的热泳力方向与温度梯度方向相反, 指向冷端.在某些情况下……