- Код статьи
- S3034575825050091-1
- DOI
- 10.7868/S3034575825050091
- Тип публикации
- Статья
- Статус публикации
- Опубликовано
- Авторы
- Том/ Выпуск
- Том 89 / Номер выпуска 5
- Страницы
- 825-842
- Аннотация
- Обсуждается моделирование процессов переноса как в закрытых, так и в открытых гидродинамических системах. Основное внимание уделяется рассмотрению соответствующих механизмов. Показано, что в слабо неравновесных системах диссипативные процессы обусловлены микроскопическими тепловыми молекулярными флуктуациями, а их необратимость связана с непотенциальным характером межмолекулярных взаимодействий. В открытых гидродинамических системах при достаточно больших скоростях сдвига реология флюида меняется. Характер этих изменений продемонстрирован с помощью метода молекулярной динамики. Показано, что с ростом скорости сдвига как простая жидкость, так и наножидкости становятся псевдопластичными. В последнем случае критическая скорость сдвига изменения реологии зависит от концентрации наночастиц и их размера. Однако при достаточно больших скоростях сдвига диссипативные процессы перестают зависеть от размеров внутренних структурных элементов среды. Ее вязкость резко падает. Во всех случаях изменение реологии связано с трансформацией структуры среды, в частности, с деградацией ближнего порядка.
- Ключевые слова
- вязкость диффузия молекулярная динамика наножидкости необратимость определяющие соотношения процессы переноса реология флуктуационная-диссипационная теорема
- Дата публикации
- 01.05.2025
- Год выхода
- 2025
- Всего подписок
- 0
- Всего просмотров
- 13
Библиография
- 1. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1987. 831 с.
- 2. Loitsyanskii L.G. Mechanics of liquids and gases. Oxford–N.-Y.: Pergamon Press, 1966. 804 p. https://doi.org/10.1016/C2013-0-05328-5
- 3. Лойцянский Л.Г., Лурье А.И. Курс теоретической механики. Т. 2. М.: Дрофа, 2006. 719 с.
- 4. Loitsyansky L.G., Lurie A.I. Course of theoretical mechanics. V. 2. Dynamics. Moscow: Nauka, 1984. 604 p. (In Russian).
- 5. Бэтчелор Дж. Введение в динамику жидкости. М.: Мир, 1973. 758 с.
- 6. Batchelor G.K. An introduction to fluid dynamics. Cambridge: University Press, 2012. 615 p. https://doi.org/10.1017/CBO9780511800955
- 7. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. М.: Наука, 1986. 736 с.
- 8. Landau L.D., Lifshits E.M. Fluid mechanics. Elsiver, 2013. 558 p. https://doi.org/10.1016/C2013-0-03799-1
- 9. Седов Л.И. Механика сплошной среды. М.: Наука, 1970. 492 с.
- 10. Sedov L.I. A course in continuum mechanics. Wolters-Noordhoff, 1971. 305 p. https://lib.ugent.be/catalog/rug01:002004556
- 11. Гроот де С., Мазур П. Неравновесная термодинамика. М.: Мир, 1964. 456 с.
- 12. De Groot S., Mazur P. Nonequilibrium thermodynamics. Courier Corporation, 2013. 528 p.
- 13. Арнольд В.И. Математические методы классической механики. М.: Наука, 1974. 431 с.
- 14. Arnold V.I. Mathematical methods of classical mechanics. Springer-Verlag New York Inc., 1989. 511 p. https://doi.org/10.1007/978-1-4757-2063-1
- 15. Рудяк В.Я. Статистическая аэрогидромеханика гомогенных и гетерогенных сред. Т. 1. Кинетическая теория. Новосибирск: НГАСУ, 2004. 320 с.
- 16. Rudyak V.Ya. Statistical aerohydromechanics of homogeneous and heterogeneous media. Vol. 1. Kinetic theory. Novosibirsk: NSUACE, 2004. 320 p. (In Russian)
- 17. Бэкингем Э., Клаверье П., Рейн Р. и др. Межмолекулярные взаимодействия: от двухатомных молекул до биополимеров. М.: Мир, 1981. 694 с.
- 18. Buckingham E., Clavier P., Rein R. et al. Intermolecular interactions: from diatomics to biopolymers. New York: Pullman Wiley-Interscience, 1978. 447 p.
- 19. Sinai Ya.G. Dynamical systems. Collection of papers. Singapore: World Scientific, 1991. 673 p.
- 20. Заславский Г.М. Стохастичность динамических систем. М.: Наука, 1984. 271 с.
- 21. Zaslavskiy G.M. Stochasticity of dynamical system. Moscow: Science Press, 1984. 271 p.
- 22. Лихтенберг А., Либерман М. Регулярная и стохастическая динамика. М.: Мир, 1984. 528 с.
- 23. Lichtenberg A., Lieberman M. Regular and stochastic dynamics. New York: Springer, 2010. 692 p.
- 24. Зубарев Д.Н. Неравновесная статистическая термодинамика. М.: Наука, 1971. 415 с.
- 25. Zubarev D. Nonequilibrium statistical thermodynamics. New York: Consultants Bureau, 1974. 489 p.
- 26. Зубарев Д.Н., Морозов В.Г., Репке Г. Статистическая механика неравновесных процессов. М.: Физматлит, 2002. 431 с.
- 27. Zubarev D., Morozov V., Repke G. Statistical mechanics of nonequilibrium processes. V. 1. Wiley, 1996. 375 p.
- 28. Климонтович Ю.Л. Статистическая теория открытых систем. М.: ТОО Янус, 1995. 567 с.
- 29. Klimontovich Yu.L. Statistical theory of open systems // Fundamental Theories of Physics, 1994, vol. 67. https://doi.org/10.1007/978-94-011-0175-2
- 30. Кадомцев Б.Б. Динамика и информация. М.: УФН, 1999. 397 с.
- 31. Kadomtsev B.B. Dynamics and information. Moscow: Physics-Uspekhi, 1999. 397 p. (In Russian).
- 32. Чепмен С., Каулинг Е. Математическая теория неоднородных газов. М.: Изд-во иностр. лит., 1960. 510 с.
- 33. Chapman S. Cowling T.G. The Mathematical theory of non-uniform gases. Cambridge: University Press. 1990. 423 p.
- 34. Burnett D. The distribution of molecular velocities in a slightly non-uniform gas // Proc. London Math. Soc. 1935. V. 39. № 6. P. 385–430.
- 35. Allen M.P., Tildesley D.J. Computer simulation of liquids. Oxford: University Press, 2017. 640 p.
- 36. Chandler D. Introduction to modern statistical mechanics. Oxford: Univ. Press, 1987. 286 p.
- 37. Рудяк В.Я. Статистическая аэрогидромеханика гомогенных и гетерогенных сред. Т. 2. Гидромеханика. Новосибирск: НГАСУ, 2005. 468 с.
- 38. Rudyak V. Ya. Statistical aerohydromechanics of homogeneous and heterogeneous media. Vol. 2, Hydromechanics. Novosibirsk: NSUACE, 2005. 468 p.
- 39. Kubo R. Statistical-mechanical theory of irreversible processes. I. General theory and simple applications to magnetic and conduction problems // J. Phys. Soc. Japan. 1957. V. 12. № 6. P. 570–584. https://doi.org/10.1143/JPSJ.12.570
- 40. Kubo R., Yokota M., Nakajima S. Statistical-mechanical theory of irreversible processes. II. Reaction on thermal disturbances // J. Phys. Soc. Japan. 1957. V. 12. № 11. P. 1203–1226. https://doi.org/10.1143/JPSJ.12.1203
- 41. Green H.S. Theories of transport in fluids // J. Math. Phys. 1961. V. 2. № 2. P. 344–348. https://doi.org/10.1063/1.1703720
- 42. Lebowitz J.L. Hamiltonian flows and rigorous results in non-equilibrium statistical mechanics // Statistical mechanics, new concepts, new problems, new applications. Proc. of I.U.P.A.P. Conf. on Statistical Mech. Chicago: University Press, 1971. P. 41–66.
- 43. Резибуа П., Леннер де М. Классическая кинетическая теория жидкостей и газов. М.: Мир, 1980. 423 с.
- 44. Résibois P., De Leener M. Classical kinetic theory of fluids. N.Y., London: Wiley-Interscience, 1977. 412 p. Ernst M.H. Formal theory of transport coefficients to general order in the density // Physica. 1966. V. 32. № 2. P. 209–243. https://doi.org/10.1016/0031-8914 (66)90055-3
- 45. Хонькин А.Д. Уравнения для пространственно-временных и временных корреляционных функций и доказательство эквивалентности результатов методов Чепмена–Энскога и временных корреляционных функций // ТМФ. 1970. Т. 5. № 1. С. 125–135.
- 46. Khon'kin A.D. Equations for space-time and time correlation functions and proof of the equivalence of results of the Chapman-Enskog and time correlation methods // Theoretical Math. Phys., 1970, vol. 5, pp. 1029–1037.
- 47. Thompson A.P., Aktulga H.M., Berger R. et al. LAMMPS — A flexible simulation tool for particle-based materials modelling at the atomic, meso, and continuum scales // Comp. Phys. Comm. 2022. V. 271. P. 108171. https://doi.org/10.1016/j.cpc.2021.108171
- 48. Lide D.R. (ed.) Handbook of chemistry and physics. CRC, 2010. 2760 p.
- 49. Bird R.B., Armstrong R.C., Hassager O. Dynamics of polymeric liquids. V.1. Fluid mechanics. N.-Y.: Wiley, 1987. 649 p.
- 50. Tanner R.I., Walters K. Rheology: an historical perspective. Amsterdam: Elsevier, 1998. 255 p.
- 51. Chhabra R.P., Richardson J.F. Non-Newtonian flow and applied rheology. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2008. 536 p. https://doi.org/10.1016/B978-0-7506-8532-0.X0001-7
- 52. Mewis J., Wagner N.J. Colloidal suspension rheology. Cambridge: University Press, 2011. 393 p. https://doi.org/10.1017/CBO9780511977978
- 53. Maxwell J.C. A treatise on electricity and magnetism. Oxford: Clarendon Press, 1881. 528 p. https://doi.org/treatiseonelectr01maxwrich
- 54. Einstein A. Eine neue Bestimmung der Moleküldimensionen // Ann. Phys. 1906. V. 324. P. 289–306. https://doi.org/10.1002/andp.19063240204
- 55. Minakov A.V., Rudyak V.Yа., Pryazhnikov M.I. Rheological behavior of water and ethylene glycol based nanofluids with oxide nanoparticles // Colloids& Surfaces A: Physicochem.&Engin. Aspects. 2018. V. 554. P. 279–285. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2018.06.051
- 56. Rudyak V.Ya. Thermophysical characteristics of nanofluids and transport process mechanisms // J. Nanofluids. 2019. V. 8. P. 1–16. https://doi.org/10.1166/jon.2019.1561
- 57. Rudyak V., Minakov A., Pryazhnikov M. Preparation, characterization, and viscosity studding the single-walled carbon nanotube nanofluid // J. Molecular Liquids. 2021. V. 329. P. 115517. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.115517
- 58. Rudyak V.Ya., Dashapilov G.R., Minakov A.V. et al. Comparative characteristics of viscosity and rheology of nanofluids with multi-walled and single-walled carbon nanotubes // Diamond Related Mat. 2023. V. 132. P. 109616. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2022.109616
- 59. Rudyak V.Ya., Minakov A.V., Pryazhnikov M.I. Rheology and thermal conductivity of nanofluids with carbon nanotubes // Adv. Material Sci Research. 2022. V. 66. P. 1–92.
- 60. Рудяк В.Я., Краснолуцкий С.Л. Диффузия наночастиц в разреженном газе // ЖТФ. 2002. Т. 72. № 7. С.13–20.
- 61. Rudyak V.Ya., Krasnolutsky S.L. Diffusion of nanoparticles in a rarefied gas // Tech. Phys., 2002, vol. 47, pp. 807–813.
- 62. Рудяк В.Я., Краснолуцкий С.Л., Иванов Д.А. О потенциале взаимодействия наночастиц // Доклады Академии наук. 2012. Т. 442. № 1. С. 54–56.
- 63. Rudyak V.Ya., Krasnolutskii S.L., Ivanov D.A. The interaction potential of nanoparticles // Doklady Physics, 2012, vol. 57, pp. 33–35.
- 64. Stuart S.J., Tutein A.B., Harrison J.A. A reactive potential for hydrocarbons with intermolecular interactions // J. Chem. Phys. 2000. V. 112. № 14. P. 6472–6486. https://doi.org/10.1063/1.481208
- 65. Batchelor G.K. The effect of Brownian motion on the bulk stress in a suspension of spherical particles // J. Fluid Mech. 1977. V. 83. № 01. P. 97–117. https://doi.org/10.1017/S0022112077001062
- 66. Minakov A.V., Rudyak V.Ya., Pryazhnikov M.I. Systematic experimental study of the viscosity of nanofluids // Heat Transfer Eng. 2020. V. 42. № 10. P. 1–17. https://doi.org/10.1080/01457632.2020.1766250
- 67. Монтролл Е.В. О статистической механике процессов переноса // Термодинамика необратимых процессов. М.: ИЛ, 1962. С. 233–283.
- 68. Montroll E.V. On the statistical mechanics of transfer processes // Thermodynamics of irreversible processes. M.: IL, 1962. pp. 233–283.
- 69. Lattinger J.M. Theory of thermal transport coefficients // Phys. Rev. A. 1964. V. 135. № 6. P. 1505–1514.
- 70. Рудяк В.Я., Белкин А.А., Иванов Д.А. и др. Моделирование процессов переноса на основе метода молекулярной динамики. Коэффициент самодиффузии // ТВТ. 2008. Т. 46. № 1. С. 35–44.
- 71. Rudyak V.Y., Belkin A.A., Ivanov D.A., et al. The simulation of transport processes using the method of molecular dynamics. Self-diffusion coefficient // High Temp., 2008, vol. 46, pp. 30–39.
- 72. Rudyak V. Diffusion of nanoparticles in gases and liquids // Handbook of Nanoparticles, 2015. P. 1–21. https://doi.org/10.1007/978-3-319-13188-7_54-1
- 73. Belkin A., Rudyak V., Krasnolutskii S. Molecular dynamics simulation of carbon nanotubes diffusion in water // Mol. Simulation. 2022. V. 48. № 9. P. 752–759. https://doi.org/10.1080/08927022.2022.2053119
- 74. Ikeshoji T., Hafskjold B. Non-equilibrium molecular dynamics calculation of heat conduction in liquid and through liquid-gas interface // Mol. Phys. 1994. V. 81. № 2. P. 51–261. https://doi.org/10.1080/00268979400100171
- 75. Evans D.J., Morris G.P. Statistical mechanics of nonequilibrium liquids. Canberra: Australian National University, 2007. 296 p. https://doi.org/10.1016/C2013-0-10633-2
- 76. Muller-Plathe F. A simple nonequilibrium molecular dynamics method for calculating the thermal conductivity // J. Chem. Phys. 1997. V. 106. № 14. P. 6082–6085. https://doi.org/10.1063/1.473271
- 77. Jabbari F., Rajabpour A., Saedodin S. Thermal conductivity and viscosity of nanofluids: A review of recent molecular dynamics studies // Chem. Eng. Sci. 2017. V. 174. P. 67–81. https://doi.org/10.1016/j.ces.2017.08.034
- 78. Rudyak V.Yа., Pryazhnikov M.I., Minakov A.V. et al. Comparison of thermal conductivity of nanofluids with single-walled and multi-walled carbon nanotubes // Diamond Related Mat. 2023. V. 139. P. 110376.