Symulacja komputerowa fizycznych własności płynów z nanocząstkami

Abstract

W artykule przedstawiono porównanie metod probabilistycznej i statystycznej, zastosowanych do analizy numerycznej fizycznych właściwości efektywnych płynów zawierających nanocząstki. Wyniki otrzymane metodą probabilistyczną, opartą na Uogólnionej Metodzie Perturbacji (GPM) zostały porównane ze statystyczną metodą Monte-Carlo. W obu przypadkach przetestowane zostały cztery wielkości fizyczne - ciepło właściwe mieszaniny, lepkość, przewodnictwo cieplne oraz gęstość, które mają niebagatelne znaczenie w procesach technologicznych. Podczas analizy numerycznej problemu procentowa zawartość nanostruktur w cieczy bazowej została przyjęta jako wejściowy parametr losowy, podlegający rozkładowi Gaussa. Wszystkie eksperymenty komputerowe przeprowadzono w środowisku MAPLE, a otrzymane rezultaty wykazują dużą zgodność z danymi doświadczalnymi i zbieżność obydwu metod numerycznych.A comparison of the perturbation and simulation-based probabilistic methods for a determination of the physical properties for the fluids with nanoparticles is the main purpose of this work. The perturbation method is based on the Taylor expansion of a priori given order and is applied for both random volumetric ratio of the nanoparticles and the resulting homogenized multiphase fluid parameters. The effective heat capacity, fluid viscosity, heat conductivity and overall density are examined here, which have a paramount importance in both technological processes and computational fluid dynamics. The existing theoretical models of those parameters for deterministic nanofluidics are contrasted first and then, they are randomized using the dual approach in the computer algebra system MAPLE. The results show the very good agreement in-between the two methods applied.