화학공학소재연구정보센터
Polymer(Korea), Vol.41, No.2, 173-180, March, 2017
유한 척력 유체의 이동 특성에 관한 분자 동력학 연구: III. 열적 전도도
Molecular Dynamics Studies for the Transport Properties of Bounded Repulsive Fluids: III. Thermal Conductivity
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초록
유한 척력적 유체의 열적 전도도 특성을 고찰하고자 침투성 구형 모델에서 분자 동력학 방법을 이용한 전산 모사를 다양한 범위의 입자 충전 분율 φ 및 척력적 에너지 상수 ε* 조건에서 수행하였다. 전산 모사로부터 측정된 열적 전도도 계수 λ는 기체 운동 이론식을 기초로 한 Boltzmann 및 Enskog 확산식을 포함하여 관련 이론식들과 비교하였다. 동시에 강체구 모델 유체의 Enskog 이론식과 유사한 형태의 경험적 확산식을 제안하였다. ε*=0.25 및 0.75의 낮은 척력적 에너지 조건에서 열적 전도도 계수 λ는 모든 밀도의 범위에서 거동 입자의 운동 에너지(kk, kinetic-kinetic)에 의한 상호 기여도가 매우 높았으나(λ≈λkk), 반면 ε*=4.0의 높은 척력적 에너지 조건에서 충전 밀도가 증가할수록(φ≥0.4) 상호 입자 충돌(cc, collision-collision)에 의한 기여도가 대부분으로 나타났다(λ≈λcc). 또한 본 연보에서 구현된 분자 전산 연구를 통하여 보고된 유한 척력적 유체의 자체 확산, 전단 점도 및 열적 전도도의 관련 이동 특성이 분자 차원에서 고찰되었다.
Molecular dynamics simulations for the penetrable-sphere model have been carried out over a wide range of the packing fraction φ and the repulsive energy parameter ε* to investigate the thermal conductivity properties of bounded repulsive fluids. The resulting thermal conductivity coefficients λ are compared with theoretical approximations including Boltzmann and Enskog predictions in the gas kinetic theory. We have also proposed the empirical Enskog-like approximation based on the Enskog theory in the hard-sphere model. In the lower repulsive energy systems of ε*=0.25 and 0.75, the kinetic-kinetic (kk) contributions are dominant over entire densities (λ≈λkk), whereas the collision-collision (cc) contributions are gradually significant in the highly repulsive energy systems of ε*=4.0 with increasing the packing densities of φ≥0.4 (λ≈λcc). Based on the molecular scale, relevant transport properties of bounded repulsive fluids are discussed for self-diffusion, shear viscosity, and thermal conductivity reported in this series of molecular simulation studies.
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