Molecular dynamics simulations of thermal resistance at the liquid-solid interface

热传导 界面热阻 热导率 温度跃变 热阻 热流密度 材料科学 分子动力学 热力学 润湿 热的 温度梯度 机械 传热 化学 物理 复合材料 气象学 计算化学
作者
BoHung Kim,Ali Beşkök,Tahir Çağın
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:129 (17): 174701-174701 被引量:180
标识
DOI:10.1063/1.3001926
摘要

Heat conduction between parallel plates separated by a thin layer of liquid Argon is investigated using three-dimensional molecular dynamics (MD) simulations employing 6-12 Lennard-Jones potential interactions. Channel walls are maintained at specific temperatures using a recently developed interactive thermal wall model. Heat flux and temperature distribution in nanochannels are calculated for channel heights varying from 12.96 to 3.24 nm. Fourier law of heat conduction is verified for the smallest channel, while the thermal conductivity obtained from Fourier law is verified using the predictions of Green-Kubo theory. Temperature jumps at the liquid/solid interface, corresponding to the well known Kapitza resistance, are observed. Using systematic studies thermal resistance length at the interface is characterized as a function of the surface wettability, thermal oscillation frequency, wall temperature, thermal gradient, and channel height. An empirical model for the thermal resistance length, which could be used as the jump coefficient of a Navier boundary condition, is developed. Temperature distribution in nanochannels is predicted using analytical solution of continuum heat conduction equation subjected to the new temperature jump condition. Analytical predictions are verified using MD simulations.
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