ПРЕДИСЛОВИЕ ..................................................... 3

Глава 1. МЕТОДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ МИКРО- И НАНОТЕЧЕНИЙ .............. 7
1.1  Классификация микро- и нанотечений ......................... 7
1.2  Моделирование микротечений разреженных газов .............. 11
1.3  Моделирование течений умеренно плотных газов .............. 19
1.4  Моделирование течений плотных газов и жидкостей ........... 21
1.5  Моделирование течений дисперсных жидкостей ................ 22

Глава 2. НАНОЖИДКОСТИ. СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ ................... 34
2.1  Классификация наножидкостей ............................... 37
     2.1.1  Наносуспензии ...................................... 37
     2.1.2  Наногазовзвеси ..................................... 40
     2.1.3  Наноплазмовзвеси ................................... 43
2.2  Методы создания наножидкостей ............................. 44
2.3  Методы производства нанопорошков .......................... 50
     2.3.1  Химические методы .................................. 52
     2.3.2  Физические методы .................................. 53
     2.3.3  Плазмохимический метод ............................. 53
     2.3.4  Механические методы ................................ 53
     2.3.5  Производство композитных наночастиц ................ 54
     2.3.6  Производство янус-подобных наночастиц .............. 56
2.4  Существующие и возможные применения наножидкостей ......... 56
     2.4.1  Теплофизические приложения наножидкостей ........... 57
     2.4.2  Биомедицинские приложения .......................... 59
     2.4.3  Использование наножидкостей в химических
            технологиях ........................................ 61
     2.4.4  Использование наножидкости для интенсификации
            горения ............................................ 61
     2.4.5  Использование наножидкостей в трибологии ........... 62
     2.4.6  Экология и защита от биологического оружия ......... 63
     2.4.7  Наножидкости в парфюмерной и косметической
            промышленности ..................................... 64
     2.4.8  Робототехника и создание новых типов
            измерительной техники и аппаратуры ................. 65
     2.4.9  Использование магнитных наножидкостей .............. 66
2.5  Методы моделирования течений наножидкостей ................ 67
     2.5.1  Диффузия и термодиффузия наночастиц в газах ........ 69
     2.5.2  Диффузия и термодиффузия наночастиц в жидкостях .... 72
     2.5.3  Вязкость наногазовзвесей ........................... 75
     2.5.4  Вязкость наносуспензии ............................. 77
     2.5.5  Теплопроводность наножидкостей ..................... 80
2.6  Методы моделирования наножидкостей в микроканалах ......... 84
2.7  Молекулярно-динамическое моделирование изотерм давления
     наножидкостей ............................................. 86
     2.7.1  Методика моделирования ............................. 87
     2.7.2  Результаты моделирования ........................... 89

Глава 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ МИКРОМИКСЕРОВ ........................... 93
3.1  Алгоритм решения уравнений Навье — Стокса ................. 94
3.2  Тестирование алгоритма .................................... 99
3.3  Смешение жидкостей в миксере Y-типа при низких числах
     Рейнольдса ............................................... 109
3.4  Смешение жидкостей в микромиксере Т-типа при умеренных
     числах Рейнольдса ........................................ 109
3.5  Экспериментальное изучение режимов течения в
     микромиксере Т-типа ...................................... 122
3.6  Моделирование двухфазных течений в микромиксере Т-типа ... 129
3.7  Теплообмен в микромиксере Т-типа ......................... 135
3.8  Активный метод смешения .................................. 140

Глава 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЧЕНИЙ НАНОЖИДКОСТЕЙ .................. 143
4.1  Смешение двух жидкостей с разными вязкостями и
     плотностями .............................................. 144
4.2  Смешение воды и наножидкости на основе воды .............. 150
4.3  Смешение ньютоновской и неньютоновской жидкостей ......... 153
4.4  Моделирование турбулентных течений степенных жидкостей ... 155
     4.4.1  Осреднение уравнений переноса по Рейнольдсу ....... 157
     4.4.2  Модель турбулентности ............................. 158
     4.4.3  Замыкание уравнений переноса ...................... 160
     4.4.4  Тестирование модели ............................... 164
4.5  Прямое численное моделирование турбулентных течений
     степенных жидкостей ...................................... 168
     4.5.1  Постановка задачи и численный метод ............... 168
     4.5.2  Валидация и верификация ........................... 170
     4.5.3  Результаты прямого численного моделирования ....... 173
     4.5.4  Анизотропия турбулентности ........................ 177
     4.5.5  Осредненная вязкость .............................. 179
4.6  Теплообмен при ламинарном течении наножидкостей в мини-
     канале ................................................... 181
     4.6.1  Экспериментальная установка ....................... 182
     4.6.2  Исследованные наножидкости ........................ 183
     4.6.3  Коэффициент теплоотдачи ........................... 185
4.7  Теплообмен при ламинарном течении наножидкостей в
     микроканале .............................................. 187
     4.7.1  Экспериментальный стенд ........................... 187
     4.7.2  Тестирование измерительного стенда ................ 189
     4.7.3  Коэффициент теплоотдачи наножидкостей ............. 190
4.8  Теплообмен при турбулентном течении наножидкостей в
     мини-канале .............................................. 192
     4.8.1  Зависимость теплоотдачи от концентрации
            наночастиц ........................................ 193
     4.8.2  Зависимость теплоотдачи от размера и материала
            наночастиц ........................................ 195
4.9  Кризис кипения наножидкостей на цилиндрических
     нагревателях ............................................. 198
     4.9.1  Экспериментальная установка ....................... 200
     4.9.2  Зависимость КТП от концентрации наночастиц ........ 201
     4.9.3  Зависимость КТП от размера наночастиц ............. 205
     4.9.4  Зависимость КТП от размера нагревателя ............ 205
     4.9.5  Зависимость КТП от длительности процесса
            кипячения и материала частиц ...................... 207
4.10 Ламинарно-турбулентный переход в наножидкостях ........... 210
     4.10.1 Экспериментальное изучение ламинарно-
            турбулентного перехода ............................ 210
     4.10.2 Ламинарно-турбулентный переход в течениях
            Пуазейля .......................................... 214
     4.10.3 Кривые нейтральной устойчивости для плоского
            течения Пуазейля .................................. 215
     4.10.4 Характеристики устойчивости цилиндрического
            течения Пуазейля .................................. 216

Глава 5. МОЛЕКУЛЯРНО-ДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НАНОТЕЧЕНИЙ ... 221
5.1  Метод молекулярной динамики .............................. 222
     5.1.1  Непрерывные потенциалы ............................ 224
     5.1.2  Твердые гладкие сферы ............................. 226
     5.1.3  Граничные и начальные условия ..................... 226
     5.1.4  Выход на равновесие в молекулярных системах ....... 228
     5.1.5  Статистический ансамбль ........................... 229
5.2  МД моделирование течения в канале, генерируемое внешней
     силой .................................................... 230
5.3  Алгоритм моделирования плоского нанотечения с
     использованием псевдо-периодических условий .............. 231
5.4  Алгоритм моделирования плоского нанотечения с заданным
     расходом ................................................. 233
5.5  Характерные особенности нанотечений по данным МД
     моделирования" ........................................... 235
     5.5.1  Профиль скорости течения .......................... 235
     5.5.2  Падение давления .................................. 237
     5.5.3  Коэффициент сопротивления ......................... 238
     5.5.4  Сжимаемость флюида в наноканалах .................. 240
     5.5.5  О структуре жидкости в плоском канале ............. 240

Глава 6. ПРОЦЕССЫ ПЕРЕНОСА ФЛЮИДОВ В СТЕСНЕННЫХ УСЛОВИЯХ ...... 244
6.1  Статистическая теория процессов переноса ................. 246
     6.1.1  Динамическое описание системы флюид -
            поверхность ....................................... 246
     6.1.2  Неравновесная функция распределения ............... 248
     6.1.3  Определяющие соотношения и коэффициенты переноса .. 251
6.2  Диффузия молекул в наноканалах ........................... 257
6.3  Самодиффузия молекул в пористых средах ................... 259
6.4  Моделирование разделения наножидкости с помощью
     наномембран .............................................. 264
6.5  О вязкости флюида в наноканале ........................... 268

ЗАКЛЮЧЕНИЕ .................................................... 272
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ...................................... 276