升温下黏土-水体系纳米尺度流体动力学的 NEMD 建模
流体动力学
2022-03-14 v1
摘要
涉及非等温条件黏土的工程问题（如地热能开采、填埋覆盖系统与核废料处置）本质上是多尺度与多物理的。升温下黏土的纳米尺度流体动力学，对发展基于物理的非等温黏土多尺度模型至关重要。非平衡分子动力学（NEMD）是研究黏土纳米流体动力学的有用工具。本文给出升温下黏土纳米孔隙流体动力学的 NEMD 建模。考察了限域于叶蜡石与蒙脱石黏土纳米孔隙中的水流动。非平衡态通过对每个水分子均匀施加外力维持。NEMD 模拟提供了温度对黏土-水密度、水流动速度、剪切黏度、黏土-水滑移长度、水力传导系数与黏土-水摩擦系数的分子尺度认识。数值结果显示出纳米尺度下流体流动速度、剪切黏度、黏土-水滑移长度与水力传导系数的强烈温度依赖性。我们验证了立方定律在确定升温下纳米孔隙尺度水力传导系数中的适用性。由数值结果我们发现，滑移黏土-水边界条件是恰当确定纳米尺度流体流动速度的必要因素。通过数值算例，我们还研究了纳米孔隙尺寸与黏土层层厚对黏土-水体系流体动力学的影响。
引用
@article{arxiv.2112.14654,
title = {NEMD modeling of nanoscale hydrodynamics of clay-water system at elevated temperature},
author = {Zhe Zhang and Xiaoyu Song},
journal= {arXiv preprint arXiv:2112.14654},
year = {2022}
}