نانوسیال ها و دینامیک مولکولی
امروزه افزایش بهره وری سیال های مرسوم در کاربردهای صنعتی از جمله فرایندهای انتقال حرارت و جرم از اهمیت بالایی برخوردار است. یکی از روش های مرسوم برای این منظور استفاده از نانوذرات در ساختار سیال ها است به گوهنه ای که اضافه شدن نانوذرات به درون سیال اولیه (پایه) موجب ایجاد نانوسیال می شود. همانگونه که بیان شده نانوسیال ها از اضافه شدن ذراتی با ابعاد نانو در درون یک سیال پایه ایجاد می شوند. از دیدگاه فیزیکی، نانوذرات اضافه شده به سیال اولیه دارای خواص هدف مناسب تری بوده و موجب بهبود رفتار سیال پایه می شود. نمونه ای از ساختارهای بیان شده در شکل ۱ قابل مشاهده است.
شکل ۱. نمایی میکروسکوپیک از یک نانوسیال مرسوم.
نکته حائز اهمیت در طراحی و ساخت نانوسیال ها یکی از عوامل موثر در بهره برداری از این نانوساختارها خواهد بود. به بیان دقیق تر ابعاد و مقدار نانوذرات اضافه شده به درون سیال پایه تاثیر مستقیم بر عملکرد این ساختارها در زمینه فرایندهایی همچون انتقال حرارت و جرم خواهد داشت. روش های گوناگونی برای تعیین ابعاد و مقدار بهینه نانوذرات مورد استفاده در نانوسیال ها به منظور بهبود رفتار فیزیکی آن ها وجود دارد که یکی از مهمترین آن ها شبیه سازی های رایانه ای است. از دیرباز روش های شبیه سازی گوناگونی به منظور بررسی رفتار نانوسیال ها مورد استفاده واقع شده است که در این میان می توان به روش اجزاء محدود اشاره کرد. ار دیدگاه فنی این روش شبیه سازی همراه با نقص ها و خطای محاسباتی قابل توجهی هستند که ناشی از پیوسته در نظر گرفتن ساختار نانوسیال ها ناشی می شود. در مقابل روش های محاسباتی گسسته همچون روش دینامیک مولکولی که ساختارهای مورد مطالعه را به صورت اتمی و چند جزئی بررسی می کنند، قادر به پیش بینی رفتار این ساختارهای اتمی با دقت بالایی هستند. در شکل ۲ نمونه ای از نانوسیال های شبیه سازی شده با استفاده از روش دینامیک ملکولی و نرم افزار لمپس قابل مشاهده است.
شکل ۲. نمونه ای از نانوسیال شبیه سازی شده با استفاده از نرم افزار لمپس و دینامیک مولکولی.
با توجه به پژوهش های پیشین انجام شده، با استفاده از روش دینامیک مولکولی بسیاری از خواص حرارتی و مکانیکی نانوسیال های قابل پیش بینی است. با توجه به کار آمد بودن و دقت بالای شبیه سازی های دینامیک ملکولی در شبیه سازی نانوسیال ها، این روش یکی از مهمترین رهیافت های موجود در جامعه علمی به منظور بررسی رفتار فیزیکی نانوسیال ها است. مرکز محاسباتی لنپس دات آی آر نیر با توجه به اهمیت این موضوع به ارائه بسته آموزشی شبیه سازی نانوسیال ها با استفاده از روش دینامیک مولکولی و نرم افزار لمپس کرده است که از این لینک قابل دریافت است. در این بسته آموزشی توضیحات جامع و دقیقی در زمینه چگونگی مدلسازی اتمی و شبیه سازی دینامیک مولکولی نانوسیال ها با استفاده از نرم افزار لمپس و نرم افزارهای مکمل ارائه شده است.