Моделирование физико-химических процессов и течений в микро- и наноструктурах

• Автор: Якунчиков, Артем Николаевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 105 с. : ил.

Оглавление
Введение Актуальность темы диссертации Обзор литературы по теме диссертации Объект, методы И'цели исследования Структура и содержание диссертации Достоверность результатов Положения, выносимые на защиту Научная новизна Практическая значимость работы Апробация работы и публикации
Глава 1. Методы прямого статистического и молекулярно-динамического моделирования
1.1 Прямое статистическое моделирование Монте-Карло
1.2 Тестовый расчет: взаимодействие сверхзвуковой струи с преградой
1.3 Молекулярно-динамическое моделирование
Глава 2. Гетерогенные каталитические процессы на поверхности
2.1 Феноменологическая модель
2.2 Прямое статистическое моделирование Монте-Карло
2.3 Результаты расчетов Заключение
Глава 3. Исследование течения в микро- и наноканалах
3.1 Прямое статистическое моделирование
3.2 Сравнение моделей Результаты и выводы
Глава 4. Коэффициенты аккомодации энергии и сохранения касательного импульса
4.1 Расчет траекторий отражения
4.2 Результаты расчетов Заключение

Г лава 5. Моделирование адсорбции водорода в углеродных наноструктурах
5.1 Постановка задачи
5.2 Молекулярно-динамическое моделирование
5.3 Феноменологическая модель
5.4 Результаты расчетов
Результаты и выводы
Заключение
Список литературы

Введение
Актуальность темы диссертации
Задачи, связанные с описанием физико-химических процессов и течений в микро- и наноструктурах, актуальны при разработке теплозащитных покрытий, систем охлаждения микроэлектронных компонентов, микрочипов ДЛЯ химических реакций, систем хранения водородного топлива, а также многих других современных устройств.
В рамках диссертационной работы исследованы процессы взаимодействия на границе газа и твердого тела применительно к нескольким практически важным задачам:
1. Исследование гетерогенных каталитических процессов на теплозащитных-покрытиях;
2. Исследование течения газа в микро- и наноканалах;
3. Определение коэффициентов аккомодации энергии и диффузного отражения с учетом структуры и теплового движения атомов поверхности;
4. Определение адсорбционной способности углеродных наноструктур применительно к проблеме хранения водородного топлива.
Процессы гетерогенной рекомбинации атомов значительно увеличивают тепловой поток к поверхности, поэтому при создании теплозащитных покрытий необходимо учитывать каталитические свойства материалов. В связи с этим, важную роль играет предсказательное моделирование данных явлений, особенно в случаях, когда экспериментальное исследование затруднено.
С развитием современных технологий усилился интерес к задаче о течении газа в микро- и наноканалах. Уменьшение ширины канала приводит к увеличению числа Кнудсена и возрастанию роли поверхностных взаимодействий. При этом макроскопическое описание, рассматривающее газ

Положим 0 = тс', где с' - собственная (или тепловая) скорость. Тензор напряжений в этом случае будет ру = птс[с' = рс'с' . Значения ск есть компоненты скорости вдоль осей х, у, ъ соответственно.
Рис. 1.3. Цилиндр столкновений
Скалярное давление р определяется:
Средняя кинетическая энергия, связанная с тепловым или поступательным движением определяется в виде тс'212. Тогда для термодинамической температуры Т имеем