Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Nghiên cứu về hành vi động học của dòng huyền phù đại phân tử trong vi kênh dưới tác động của gradient nhiệt bằng mô phỏng động lực học hạt tiêu tán bảo toàn năng lượng
Tóm tắt
Hiện tượng di chuyển của đại phân tử chịu tác động của gradient nhiệt tồn tại rộng rãi trong các vấn đề liên quan đến kỹ thuật sinh học và y tế. Việc hiểu cơ chế động lực học nhiệt là rất quan trọng cho cả việc thiết kế và chế tạo các vi chip lưu chất bền vững trong các lĩnh vực liên quan này. Trong công việc hiện tại, động lực học hạt tiêu tán bảo toàn năng lượng mở rộng (eDPD) được sử dụng để nghiên cứu các hành vi của đại phân tử cũng như dòng huyền phù đại phân tử bị giới hạn trong một vi kênh dưới gradient nhiệt. Đầu tiên, độ chính xác và độ tin cậy của mã eDPD được phát triển cho công việc này được xác minh bằng cách so sánh kết quả mô phỏng với các nghiên cứu trước. Sau đó, chúng tôi đã nghiên cứu tốc độ của huyền phù đại phân tử với các chiều dài chuỗi và gradient nhiệt khác nhau, và nghiên cứu chi tiết hiệu ứng liên kết chiều dài - nhiệt độ. Một hàm bậc nguồn đã được điều chỉnh, kết hợp nhiệt độ và độ nhớt cũng được giới thiệu để phản ánh nhiều thuộc tính hơn của huyền phù. Ngoài ra, phân bố và cấu hình của tâm đại phân tử cũng được điều tra một cách có hệ thống. Kết quả cho thấy ảnh hưởng của gradient nhiệt đến dòng huyền phù đại phân tử là đáng kể, và các đại phân tử có xu hướng đạt trạng thái kéo dài hơn khi nhiệt độ tăng cao. Công trình lý thuyết và tính toán được trình bày trong công trình này có thể cung cấp một phương pháp mô phỏng hữu ích để nghiên cứu các hành vi động học của đại phân tử dưới các điều kiện nhiệt phức tạp, điều này sẽ có lợi cho việc khám phá thêm việc kiểm soát chính xác các đại phân tử.
Từ khóa
#đại phân tử #huyền phù #gradient nhiệt #mô phỏng động lực học hạt tiêu tán #vi kênhTài liệu tham khảo
Abu-Nada E et al (2009) Effects of inclination angle on natural convection in enclosures filled with Cu–water nanofluid. Int J Heat Fluid Fl 30(4):669–678
Abu-Nada E (2015) Dissipative particle dynamics simulation of natural convection using variable thermal properties. Int Commun Heat Mass 69:84–93
Andreas Z et al (2017) Enhanced bacterial swimming speeds in macromolecular polymer solutions. Nat Phys 15:554–558
Bartosz K et al (2013) Multiparticle collision dynamics simulations of viscoelastic fluids: shear-thinning Gaussian dumbbells. J Chem Phys 138(10):104903
Espanol P (1997) Dissipative particle dynamics with energy conservation. EPL -Europhys Lett 40(6):631–636
Fan X et al (2006) Simulating flow of DNA suspension using dissipative particle dynamics. Phys Fluids 18(6):136–861
Groot RD et al (1997) Dissipative particle dynamics: Bridging the gap between atomistic and mesoscopic simulation. J Chem Phys 107(11):4423–4435
He P et al (2008) Self-consistent fluctuating hydrodynamics simulations of thermal transport in nanoparticle suspensions. J Appl Phys 103(9):094305
Jendrejack RM et al (2003) Effect of confinement on DNA dynamics in microfluidic devices. J Chem Phys 119(2):1165–1173
Johansson EO et al (2016) Modeling mesoscopic solidification using dissipative particle dynamics. Int J Therm Sci 101:207–216
Josep BA et al (2019) Generalised dissipative particle dynamics with energy convservation: density- and temerature-dependent potentials. Phys Chem Chem Phys 21:24891–24911
Kyubong J et al (2009) Elongation and migration of single DNA molecules in microchannels using oscillatory shear flows. Lab Chip 9(16):2348–2355
Larentzos JP et al (2014) Parallel implementation of isothermal and isoenergetic dissipative particle dynamics using Shardlow-like splitting algorithms. Compu Phys Commun 185(7):1987–1998
Larson R et al (1999) Brownian dynamics simulations of a DNA molecule in an extensional flow field. J Rheol 43(2):267–304
Li Y et al (2013) Challenges in multiscale modeling of polymer dynamics. Polymers 5(2):751–832
Li Z et al (2015) Mesoscale modeling of phase transition dynamics of thermoresponsive polymers. Chem Commun 51(55):11038–11040
Litvinov (2014) Mesoscopic simulation of the transient behavior of semi-diluted polymer solution in a microchannel following extensional flow. Microfluid Nanofluid 16(1–2):257–264
Liu HT et al (2015a) Mesoscale study of particle sedimentation with inertia effect using dissipative particle dynamics. Microfluid Nanofluid 18(6):1309–1315
Liu HT (2015b) Numerical simulation and investigations on mechanism of two-phase flows in meso-scale channels. World Publishing Corporation, Guangzhou
Liu HT et al (2019) Energy-conserving dissipative particle dynamics simulation of macromolecular solution flow in micro-channel under thermal convection. Eng Anal Bound Elem 102:21–28
Moore JD et al (2016) A coarse-grain force field for RDX: density dependent and energy conserving. J Chem Phys 144(10):104501
Perkins TT et al (1994) Relaxation of a single DNA molecule observed by optical microscopy. Science 264(5160):822–826
Perkins TT et al (1995) Stretching of a single tethered polymer in a uniform flow. Science 268(5207):83–87
Qiao R et al (2007) Simulation of heat conduction in nanocomposite using energy-conserving dissipative particle dynamics. Mol Simulat 33(8):677–683
Rapaport DC (2004) The art of molecular dynamics simulation. Cambridge University Press, New York
Revenga M et al (1998) Boundary models in DPD. Int J Mod Phys C 9(08):1319–1328
Squires TM et al (2005) Microfluidics: fluid physics at the nanoliter scale. Rev Mod Phys 77(3):977–1026
Symeonidis V et al (2005) Dissipative particle dynamics simulations of polymer chains: scaling laws and shearing response compared to DNA experiments. Phys Rev lett 95(7):076001
Usta OB et al (2006) Flow-induced migration of polymers in dilute solution. Phys Fluid 18(3):031703
Wang Y et al (2019) On-board control of wax valve on active centrifugal microfluidic chip and its application for plasmid DNA extraction. Microfluid Nanofluid 23:112
Xu SF et al (2013) Dissipative particle dynamics simulation of macromolecular solutions under Poiseuille flow in microchannels. Acta Phys Sin 62(12):319–327
Yamada T et al (2011) Forced convection heat transfer simulation using dissipative particle dynamics. Numer Heat Tr A-App 60(8):651–665
Zhang YX et al (2016) Energy conserving dissipative particle dynamics study of phonon heat transport in thin films. Int J Heat Mass Tran 97:279–288
Zhao J et al (2015) Continuum modeling of the cohesive energy for the interfaces between films, spheres, coats and substrates. Comp Mater Sci 96:432–438
Zhou LV et al (2019) Dissipative particle dynamics simulation of cell entry into a micro-channel. Eng Anal Bound Elem 107:47–52