【摘 要】
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随着纳米科技的快速发展,迫切地需要了解纳米尺度下流体的流动特性。流速是反映流动特征的重要参数,由于实际实验操作的难度大,所以分子动力学模拟方法成为探索纳米尺度流动问题
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随着纳米科技的快速发展,迫切地需要了解纳米尺度下流体的流动特性。流速是反映流动特征的重要参数,由于实际实验操作的难度大,所以分子动力学模拟方法成为探索纳米尺度流动问题的有力工具。传统的分子动力学方法是把分子热运动速度和流动速度在一个比较长的时间段上取平均值,但对于纳米尺度低速流动问题,较高的分子热运动速度和较低的流动速度之间会产生非线性耦合,流体的流速会被大大的高估,失去其真实性,而低速纳米尺度流速的求解是解决许多实际问题的基础。所以对这个问题进行更深入的研究是十分必要的。本文以相空间运动理论为基础,采用时间相关函数和分子动力学基本知识相结合的新方法(时间瞬态相关函数法,又叫TTCF法)计算流速和应力等流动参数。新方法与传统方法本质的区别在于它引进了时间相关函数,而传统方法是先分离再耦合。首先,对传统的分子动力学方法和新方法进行阐述和比较,为分子模拟计算提供前提条件和理论基础。然后,建立模型,在恒温状态下,模拟液态氩在通道内的三维流动。在不同的壁面势能常数和不同的外力场下,分别用传统方法和新方法对流体的流速等参数进行求解,并且统计相关数据。研究结果显示,用新方法求解所得的流速等数据与传统数值求解方法求得的数据基本吻合,这说明,用新方法进行计算是可行的。同时,通过进一步的观察还发现,新方法计算出的结果具有更好的准确性和稳定性,而且,新方法更明显的优势是解决了传统方法不能准确计算低速流动的难题。考察的主要内容包括流体的流速分布、应力分布、粘度分布和密度分布,通过研究得出了很多非常重要的结论。
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