纳米受限气体中的传导传热：从连续介质到自由分子区制
计算物理
2022-06-03 v2
摘要
在过去几十年中，由于纳米尺度传热在热控与传感等多种技术中的重要地位，人们投入了大量精力研究纳米尺度传热。由于若干原因，通过纳米受限气体介质的传热不同于宏观预测：连续介质假设失效；由于大的表面积体积比，深入气体介质更深的表面力变得显著；最后，气体分子在固体表面上的聚集是非均匀的。在本工作中，为了更好地理解这些现象的组合对纳米受限气体介质中传热的影响，我们展示了一系列氩气被限制在金属或硅壁之间的分子动力学模拟。气体密度被设定为使气体经历从连续介质到自由分子区制的大范围克努森数（Knudsen number）。观察到固体的本征特性决定了壁面附近及体相区域的气体密度分布，而这些分布控制了通过气体介质的传热。虽然纳米通道壁面对稀薄气体的密度和温度分布影响最为显著，但随着气体变密，气体域内的压力与热通量趋于一个平台。我们提出了用于计算强纳米受限气体中气体压力、诱导热通量及有效热导率的新解析公式，该公式在克努森数 0.05 至 20 范围内纳入了壁面力场对气体输运特性的影响。
引用
@article{arxiv.2108.06689,
title = {Conductive Heat Transfer through Nanoconfined Gas: From Continuum to Free-Molecular Regime},
author = {Reza Rabani and Samy Merabia and Ahmadreza Pishevar},
journal= {arXiv preprint arXiv:2108.06689},
year = {2022}
}