توصيفگر ها :
نانو حفره , اختلاف فشار , ميدان الكتريكي , ديناميك سيالات محاسباتي
چكيده فارسي :
چكيده
مطالعه عددي حاضر جرياني از يك محلول الكتروليت آبي است كه از يك نانوكانال فوقالعاده نازك بيضوي مستقيم ساخته شده از ماده ديالكتريك كه دو مخزن را به هم متصل ميكند، عبور ميكند. كل اين سيستم شامل نانوكانال و مخزنها، به عنوان نانوحفره شناخته ميشود. در كار حاضر، حل‌كننده ثابت كاملا جفت شده يكپارچه شده است. براي حل معادلات ديفرانسيل جزئي غيرخطي از نرم افزار المان محدود COMSOL (V6) استفاده شده است. روش حل شامل حل جفتي معادلات ديفرانسيل جزئي پواسون-نرنست-پلانك (همرفت، انتقال و انتشار)، ناوير-استوكس است. در اين مطالعه، محاسبات اجزاي محدود با استفاده از المانهاي شبكه مثلثي انجام شده است. نتايج به دست آمده نشان ميدهند كه فشار از سمت مخزن پر فشار به سمت مخزن كم فشار داراي روند كاهشي است و اين امر در داخل نانو لوله نيز رخ ميدهد. لازم به توضيح اينكه تنها عامل حركت جريان در حالت بدون ميدان الكتريكي، همين اختلاف فشار ميباشد. همچنين بايد اشاره داشت كه روند كاهش فشار در طول نانو لوله خطي است. جريان صرفا در داخل لوله اتفاق ميافتد و در وسط لوله به بيشترين مقدار خود ميرسد كه تقريبا 9/1 متر بر ثانيه ميباشد. همچنين بر اساس اصل عدم لغزش انتظار ميرود سرعت عرضي داخل كانال شكل سهمي به خود گيرد. نتايج نشان ميدهند كه مقدار تاثير ميدان در بالا دست و پايين دست جريان ناچيز است. مقدار سرعت زماني كه از ميدان الكتريكي استفاده ميشود افزايش مييابد. همچنين با افزايش شعاع نيز مقدار سرعت افزايش پيدا ميكند و بايد اشاره داشت كه ميزان افزايش سرعت در اين حالت بسيار قابل توجه بوده و به 700 درصد ميانجامد.
چكيده انگليسي :
Abstract
The present numerical study is a flow of an aqueous electrolyte solution that passes through an ultra-thin straight elliptical nanochannel made of dielectric material that connects two reservoirs. This whole system, including nanochannels and reservoirs, is known as a nanocavity. In the present work, the fully coupled stationary solver is integrated. COMSOL finite element software (V6) was used to solve nonlinear partial differential equations. The solution method consists of the pairwise solution of the Poisson-Nernst-Planck (convection, migration, and diffusion), Ampere, and Navier-Stokes partial differential equations. In this study, finite element calculations have been performed using triangular mesh elements. The obtained results show that the pressure from the side of the high-pressure tank to the side of the low-pressure tank has a decreasing trend and this also happens inside the nanotube. It is necessary to explain that the only factor of flow movement in the state without an electric field is the same pressure difference. It should also be noted that the process of pressure reduction along the length of the nanotube is linear. The flow occurs only inside the pipe and reaches its maximum value in the middle of the pipe, which is approximately 1.9 m/s. Also, based on the no-slip principle, the transverse velocity inside the channel is expected to take a parabolic shape. The results show that the influence of the field upstream and downstream of the stream is insignificant. The amount of velocity increases when an electric field is used. Also, with the increase of the radius, the value of the speed increases, and it should be noted that the speed increase, in this case, is very significant and reaches 700%.
