‏ بررسی عبور آب از نانوکانال متشکل از صفحات گرافن به روش شبیه‌سازی دینامیک مولکولی

نوع مقاله : مقاله مکانیک

نویسندگان

1 گروه مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی قم

2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی قم، قم

10.22075/jme.2021.23669.2104

چکیده

در سال‌های اخیر، تصفیه آب با کمک صفحات گرافن مورد توجه محققین قرارگرفته است. در فرایند تصفیه درک مکانیزم عبور آب از گرافن در ابعاد مولکولی و سنجش تأثیر پارامترهای مختلف بر آن، به طراحی بهینه فرایند کمک می‌کند. در این تحقیق، با استفاده از روش دینامیک مولکولی مکانیزم و پارامترهای مؤثر بر عبور آب از یک نانوکانال متشکل از صفحات گرافن مورد بررسی قرارگرفته است. در این مطالعه اثر تغییر فشار اعمالی وارده به سیال و ابعاد هندسی کانال بر روی دبی جریان، توزیع چگالی و ضریب نفوذ مورد بررسی قرارگرفته است. نتایج شبیه‌سازی‌ها نشان داد که آب، در هنگام عبور از نانوکانال، ساختار لایه‌ای به خود می‌گیرد. همچنین با افزایش فشار اعمالی، نفوذپذیری، سرعت و میزان آب عبوری از نانوکانال به‌صورت مؤثری افزایش می‌یابد. به‌طوری‌که با افزایش اختلاف فشار از 100 به 500 مگاپاسگال، دبی عبوری بیش از 45 برابر افزایش می‌یابد. نتایج مطالعه همچنین نشان داد که در یک مقطع با مساحت مشخص، دبی نانوکانال مربعی 8/2 بیش از هنگامی است که نسبت اضلاع کانال 4 به 1 باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of water flow from graphene membrane by molecular dynamics simulation

نویسندگان [English]

  • mohammadreza Abdipourfard 1
  • mahdi sahebi 2
1 Department of mechanical engineering
2 Department of mechanical engineering, Qom university of technology, Qom, Iran
چکیده [English]

The pressure-driven water transport inside the nanochannel formed by GE bilayers is studied via molecular dynamics simulation. The drift of water was carried out by using an external force. The effect of changing the external force on the fluid and the geometry of the channel on flow rate, density distribution and diffusion coefficient were studied. The simulations show that water is the layer structure when it passes through the nanochannel. Also, with the increase of external force applied on water molecules, the velocity of the flow has increased. By changing the pressure difference, the permeability and the water flow rate increase. As the pressure difference increases from 100 to 500 MPa, the flow rate increases more than 45 times. The results also showed that in a given cross-sectional area, the square nanochannel has the highest flow rate. This study paves the way for the design and application of graphene-based nanomaterials in nanofiltration and water treatment technologies in the future.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Molecular Dynamics
  • Water flow
  • Graphene Membrane
  • Nano Flow