Published May 1, 2023
| Version v1
Publication
Open
Non-equilibrium flow of van der Waals fluids in nano-channels
- 1. University of Edinburgh
- 2. King Abdullah University of Science and Technology
- 3. University of Hong Kong
- 4. Hong Kong University of Science and Technology
- 5. Huazhong University of Science and Technology
- 6. Chinese Academy of Sciences
- 7. Institute of Mechanics
Description
The Enskog–Vlasov equation provides a consistent description of the microscopic molecular interactions for real fluids based on the kinetic and mean-field theories. The fluid flows in nano-channels are investigated by the Bhatnagar–Gross–Krook (BGK) type Enskog–Vlasov model, which simplifies the complicated Enskog–Vlasov collision operator and enables large-scale engineering design simulations. The density distributions of real fluids are found to exhibit inhomogeneities across the nano-channel, particularly at large densities, as a direct consequence of the inhomogeneous force distributions caused by the real fluid effects including the fluid molecules' volume exclusion and the long-range molecular attraction. In contrast to the Navier–Stokes equation with the slip boundary condition, which fails to describe nano-scale flows due to the coexistence of confinement, non-equilibrium, and real fluid effects, the Enskog–Vlasov–BGK model is found to capture these effects accurately as confirmed by the corresponding molecular dynamics simulations for low and moderate fluid densities.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
توفر معادلة إنسكوغ- فلاسوف وصفًا متسقًا للتفاعلات الجزيئية المجهرية للسوائل الحقيقية بناءً على النظريات الحركية ونظريات المجال المتوسط. يتم فحص تدفقات السوائل في القنوات النانوية بواسطة نموذج إنسكوغ- فلاسوف من نوع بهاتناغار- غروس- كروك (BGK)، والذي يبسط مشغل تصادم إنسكوغ- فلاسوف المعقد ويتيح محاكاة التصميم الهندسي على نطاق واسع. تم العثور على توزيعات كثافة السوائل الحقيقية لإظهار عدم تجانس عبر القناة النانوية، لا سيما في الكثافات الكبيرة، كنتيجة مباشرة لتوزيعات القوة غير المتجانسة الناجمة عن تأثيرات السوائل الحقيقية بما في ذلك استبعاد حجم جزيئات السوائل والجاذبية الجزيئية طويلة المدى. على النقيض من معادلة Navier - Stoks مع حالة حد الانزلاق، والتي تفشل في وصف التدفقات على نطاق النانو بسبب التعايش بين الحبس وعدم التوازن وتأثيرات السوائل الحقيقية، تم العثور على نموذج Enskog - Flasov - BGK لالتقاط هذه التأثيرات بدقة كما أكدته محاكاة الديناميكيات الجزيئية المقابلة لكثافات السوائل المنخفضة والمتوسطة.Translated Description (French)
L'équation d'Enskog-Vlasov fournit une description cohérente des interactions moléculaires microscopiques pour les fluides réels sur la base des théories cinétique et du champ moyen. Les écoulements de fluide dans les nanocanaux sont étudiés par le modèle Enskog-Vlasov de type Bhatnagar–Gross–Krook (BGK), qui simplifie l'opérateur de collision Enskog-Vlasov compliqué et permet des simulations de conception technique à grande échelle. Les distributions de densité de fluides réels présentent des inhomogénéités à travers le nanocanal, en particulier à de grandes densités, en conséquence directe des distributions de force inhomogènes causées par les effets de fluide réels, y compris l'exclusion de volume des molécules de fluide et l'attraction moléculaire à longue portée. Contrairement à l'équation de Navier–Stokes avec la condition limite de glissement, qui ne parvient pas à décrire les écoulements à l'échelle nanométrique en raison de la coexistence du confinement, du non-équilibre et des effets de fluide réels, le modèle Enskog-Vlasov-BGK s'avère capturer ces effets avec précision, comme le confirment les simulations de dynamique moléculaire correspondantes pour les densités de fluide faibles et modérées.Translated Description (Spanish)
La ecuación de Enskog-Vlasov proporciona una descripción consistente de las interacciones moleculares microscópicas para fluidos reales basadas en las teorías cinéticas y de campo medio. Los flujos de fluidos en los nanocanales son investigados por el modelo Enskog-Vlasov de tipo Bhatnagar–Gross–Krook (BGK), que simplifica el complicado operador de colisiones Enskog–Vlasov y permite simulaciones de diseño de ingeniería a gran escala. Se encuentra que las distribuciones de densidad de fluidos reales exhiben inhomogeneidades a través del nanocanal, particularmente a grandes densidades, como consecuencia directa de las distribuciones de fuerza no homogéneas causadas por los efectos del fluido real, incluida la exclusión de volumen de las moléculas de fluido y la atracción molecular de largo alcance. En contraste con la ecuación de Navier–Stokes con la condición de límite de deslizamiento, que no describe los flujos a nanoescala debido a la coexistencia de efectos de confinamiento, no equilibrio y fluidos reales, se encuentra que el modelo Enskog-Vlasov-BGK captura estos efectos con precisión como lo confirman las simulaciones de dinámica molecular correspondientes para densidades de fluidos bajas y moderadas.Files
052004_1_5.0148857.pdf.pdf
Files
(93 Bytes)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:b0d506893d4802090edf1644f5f082cd
|
93 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التدفق غير المتوازن لسوائل فان دير فالس في القنوات النانوية
- Translated title (French)
- Écoulement hors équilibre des fluides de van der Waals dans les nanocanaux
- Translated title (Spanish)
- Flujo no equilibrado de fluidos de van der Waals en nanocanales
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4367842140
- DOI
- 10.1063/5.0148857
References
- https://openalex.org/W1605273483
- https://openalex.org/W1980932156
- https://openalex.org/W1982784903
- https://openalex.org/W1991675336
- https://openalex.org/W2019831410
- https://openalex.org/W2021374437
- https://openalex.org/W2023387488
- https://openalex.org/W2040062428
- https://openalex.org/W2041422504
- https://openalex.org/W2042624429
- https://openalex.org/W2055632123
- https://openalex.org/W2057083824
- https://openalex.org/W2066060292
- https://openalex.org/W2076619371
- https://openalex.org/W2080601364
- https://openalex.org/W2084041890
- https://openalex.org/W2088498783
- https://openalex.org/W2090615127
- https://openalex.org/W2094808482
- https://openalex.org/W2095542751
- https://openalex.org/W2119396767
- https://openalex.org/W2130978486
- https://openalex.org/W2134007192
- https://openalex.org/W2152655457
- https://openalex.org/W2159383501
- https://openalex.org/W2168314363
- https://openalex.org/W2325570756
- https://openalex.org/W2804151063
- https://openalex.org/W2806625983
- https://openalex.org/W2899530913
- https://openalex.org/W2907984321
- https://openalex.org/W2941454555
- https://openalex.org/W2941976825
- https://openalex.org/W2943889485
- https://openalex.org/W2948475656
- https://openalex.org/W2981674424
- https://openalex.org/W2999328515
- https://openalex.org/W3015654171
- https://openalex.org/W3034757865
- https://openalex.org/W3037923004
- https://openalex.org/W3041407811
- https://openalex.org/W3082163816
- https://openalex.org/W3086955701
- https://openalex.org/W3121837258
- https://openalex.org/W3132507879
- https://openalex.org/W3137143989
- https://openalex.org/W3138662372
- https://openalex.org/W3156313728
- https://openalex.org/W3160058050
- https://openalex.org/W3168198736
- https://openalex.org/W3174511706
- https://openalex.org/W3199557728
- https://openalex.org/W3210630722
- https://openalex.org/W4200529227
- https://openalex.org/W4200612777
- https://openalex.org/W4212763406
- https://openalex.org/W4220865154
- https://openalex.org/W4221064005
- https://openalex.org/W4224141713
- https://openalex.org/W4224257482
- https://openalex.org/W4225139366
- https://openalex.org/W4281660325
- https://openalex.org/W4282965624
- https://openalex.org/W4287833495
- https://openalex.org/W4312754154
- https://openalex.org/W4313909044
- https://openalex.org/W4318703313
- https://openalex.org/W4319231358