清水计算首个成果翻译（介绍+总结）

xuyongchen

总结在5L，由fwjmath翻译。感谢fwjmath~

水滑过碳纳米管时的摩擦力
（之后是参与研究的单位名称，略）
简介：在纳流控系统中，液体的滑动是基本（原理）。因为皱缩的通道尺寸可以引起流动阻力的惊人增加并导致驱动非流动水流动时所产生的高能耗现象。为水流经碳纳米管这一过程进行大尺度分子动力学模拟（CNT's），我们发现CNT管壁-水这一界面上的压力和滑动速度的关系遵循一个基于过渡态理论的反双曲正弦函数。这意味着无关湿润特性，CNT手性和CNT尺寸，所有的滑动速度在0-1400m/s是普遍有效的范围。这项发现有助于脱盐以及其他提纯技术的研究。

1.介绍
在纳流控系统中，流体分子和固体管壁之间的相互作用支配着液体的流体力学行为。水-管壁之间的剪切力τ与水的滑动速度Vs之间的关系对于描述滑动流动并使之得到应用而言是关键所在。一个可替换的概念是“滑动长度” ls，定义为管壁与假想的不流动边界之间的距离，可以与τ和Vs通过公式τ = μVs/ls相关联（μ是水的粘性系数）。如果ls是定值，那么τ就和Vs之间呈线性关系（假设μ与流动速度无关）。这一线性关系很早就被Navier提出但是没有被证明。与之相反，很多液体，包括水，被发现有非定值滑动长度，使用分子动力学（MD）模拟表明（存在）非线性的τ-Vs关系。
最近，报道称碳纳米管或者纳米管中的流速比使用普通的非滑动流动理论在通过纳米尺度的孔时所预测出来的值要高出几个数量级。这暗示了这些高流速是因为碳纳米管的低摩擦表面而造成的。观测为研究水流经原子光滑表面的边界条件以及理解水的滑动机制（由于水独特的极性分子结构而始终是一个挑战）奠定了基础。彻底理解水在CNT管壁中的滑动机制对于纳流控研究而言异常重要，因为这可能会被应用在脱盐以及其他化学提纯装置上。
基于他们对水在CNT’s中的流动所做的非平衡态MD模拟，Chen et al最近提出了一个抛物线方程：τ∝Vs^0.5。试验中在相同的压力减少情况下，该抛物线关系能够得出比预计的高出几个数量级的结果。我们注意到使用的模拟数据点可能不足以建立可靠的τ-Vs关系式，因为在室温下MD模拟的水流动有着较低的信噪比。而且，模拟的流速区间（5-300m/s）要远远高于实验区间（0.01-0.05m/s）。（大）外推法因此被用来对比预计和实验的流速，不过可能会造成结果的巨大差异。
我们完成了大量的水在CNT’s中滑动流动的非平衡态MD模拟，大量的数据将被用来建立汇总的统计结果。我们的MD模拟结果以及对于水分子在CNT第一层的轨迹研究表明CNT管壁-水表面摩擦压力τ和滑动速度Vs之间存在一个反双曲正弦函数关系（IHS）。这一关系是普适有效的，无关湿润特性，CNT手性和CNT尺寸，所有滑动速度在0-1400m/s的都在其有效范围内。
通过降低实验中的压力条件，（我们发现）IHS关系所预计出的结果能很好的符合实验结果。由于IHS是基于过渡态理论的，IHS关系能够很好的符合我们的MD模拟结果表明了热激活反应主导了水在CNT’s中的流动行为。我们的MD模拟中水分子在第一流体层得轨迹也支持这一机制。

fwjmath

其实把摘要和最后的summary翻了就行了，introduction主要是引述前人的研究，翻大概也可以，中间的就不要翻译了，太技术化了……

xuyongchen

回复 2# fwjmath

这文章不是我的领域，翻译起来实在是痛苦。。中间我实在是不想翻译了。。。。我先翻译介绍和总结。。。

fwjmath

回复 3# xuyongchen

好，我正在翻总结~~~

fwjmath

总结

在本文中，我们对于水在双层碳纳米管中的流动进行了分子动力学模拟，其中水流速度范围为0.8-1400m/s，并对多种内层碳纳米管进行了同样的模拟。对于流速低至0.8m/s的水流，大量独立的分子动力学模拟（例如10000次）都产生了统计上收敛的数据。我们的模拟结果表明，在碳纳米管与水的表面剪应力之间，存在着一个反双曲正弦（IHS，Inverse Hyperbolic Sine）的关系。对于任意的浸润模型、碳纳米管的手性和内径，我们都有类似的关系。对于水分子在碳纳米管内层中轨迹的详细探查表明，即使对于流速接近0的情况，这个IHS关系也是成立的。基于此IHS关系作出的理论预测与实验观察结果相当吻合。

通过将水流建模成一个扩散过程，作一定的假定（低Knudsen{努森数}，二维模型，刚体等）后，通过过渡态理论可以推出IHS关系。IHS关系与实验结果的吻合，表明水在平面上的滑动是一个被热扰动主导的扩散过程。我们获得的速度图像和我们在动力学模拟中对于水分子轨迹的详细分析也验证了这个结论。

另外，在分析类似纳米流体系统的流体动力学时，我们提出的IHS关系也定量地提供了滑流的边界条件。这可以作为对实验观察的理论分析的一项基础。传统的“滑流长度”也可以从我们的IHS摩擦力关系推导出来。

fwjmath注：双曲正弦函数是，而反双曲正弦函数arcsinh就是sinh的反函数。

xuyongchen

回复 5# fwjmath

感谢翻译！文章翻得我快抽过去了。。。

jpegreader

看得我快抽过去了……

muclemanxb

我已抽过去，汇报完毕

nekoko

同抽~~

xuyongchen

我这心拔凉拔凉滴啊。。。。
里面的正文我是不敢翻译了。。。冒着生命危险看看就好。。。

清水计算-M

回复 1# xuyongchen
此帖充分证明了我论坛是藏龙卧虎处～～

nokia5510

翻译过来了我还是一样看不懂

花落一天

清水是不是寻找最有效的反渗透膜？最终有一天不用加压泵可以自己反渗透？ ...
jxbbs 发表于 2011-5-3 15:18

    自己反渗透严重违反物理定律............不符合动力学,清水的最终目标是降低反渗透所需要的能量,使反渗透变得便宜,目前的反渗透技术,大部分能量是被浪费了而不是用于克服渗透压做功的..........

nekoko

回复 14# 花落一天


自发熵减过程不符合热力学~

我解读的是，清水是在找材料和最佳热力条件，目标是低成本

xuyongchen

回复 16# jxbbs

最好不要申请专利，这个是大家帮忙共同发现的，不属于清华大学一个团体。还是不要申请了。