温度对纳米碳管输流泵工作特性的影响的理论研究

纳米碳管是理想的纳米管道，其重要的潜在应用之一是作为输流泵。本项目以压力驱动的纳米碳管输流泵为研究对象，采用分子动力学模拟和改进后的输流管道连续模型，探讨此系统的温度效应和与其关联的纳米尺度效应以及它们对输流泵工作性能和稳定性的影响，为纳米碳管输流泵的设计与制造提供理论参考。本项目拟开展如下工作：(1), 采用分子动力学模拟，研究系统温度、流体压力、碳管直径对碳管/流体间界面剪切应力及平均流速这两个工作性能参数的影响规律；(2)，采用分子动力学模拟研究流体与碳管相互作用诱发的碳管径向呼吸振动对流体的流动稳定性的影响机制，提取相应的临界流速这个关键参数，并考察温度及碳管直径与临界流速间的关联；(3)，考虑流体表面张力、碳管/流体界面间的范德华力及研究(1)中提取出的界面剪切应力等尺度效应，建立包含尺度效应和温度效应的输流管道连续模型，基于此模型重点研究碳管的流致振动及流致失稳问题。

在国家科学基金的资助下，本项目简要总结如下：.1，成果统计及简介： 依托本项目，共发表学术文章13篇（其中6篇标注本项目资助），SCI收录12篇，ＥＩ收录１篇，共计他引次数为65次。.（1a）针对纳米碳管内部受限流体是否为连续介质这个根本的力学问题，考虑流体种类的不同，基于最小势能原理和课题申请人提出的等效几何模型，建立了判定纳米碳管的临界直径的理论模型和分析方法，在此临界直径以上，内部流体可视为连续介质流。该模型和方法得到分子动力学模拟的验证。.（1b）针对内充水纳米碳管系统的振动问题，考虑到分子动力学模拟在空间和时间尺度上的局限性，建立了连续介质力学的分析模型，并得到分子动力学模拟的验证。.（1c）针对纳米碳管/氮化硼纳米管分子器件的制备问题，采用分子动力学模拟，研究了纳米碳管/氮化硼纳米管在水溶液中的自组装动力学行为以及其组装机制。结果表明：采用分子自组装方法，在恰当的条件下，可以获得纳米碳管/氮化硼纳米管分子器件。.（1d）针对纳米碳管本身力学性能的问题，采用分子力学的方法，系统的研究了表面化学功能化对纳米碳管力学性能的影响，这些性能包括：弹性模型，抗压稳定性，弯曲稳定性以及层间范德华作用下的抗压稳定性。另外，采用分子动力学的方法，也研究了温度以及尺度对X型纳米碳管的力学性能的影响。这些研究为纳米碳管的实际应用提供了理论参考。.2，项目经费使用情况简介 项目总经费22万，使用20.22532万，均为预算内合理支出。结余为1.77486万。