介观尺度流体绕流球体的耗散粒子动力学模拟

采用耗散粒子动力学(dissipative particle dynamics, DPD)方法, 对两平行平板间流体绕流三维球体进行了计算. 球体和平行平板由达到平衡状态的冻结DPD粒子组成, 流体在不同无量纲外力驱动下流动, 球体受力由组成球体的所有冻结DPD粒子求和得到. 流动达到充分发展后, 输出球体在流动方向的受力, 并计算球体的阻力系数, 与文献中的关联式进行了对比. 结果表明, 在Re≤qslant 100的范围内, DPD方法能较准确地计算出阻力系数, 在较大雷诺数时, 由于流体的压缩性导致计算结果出现差异.     

介观尺度通道内多相流动的耗散粒子动力学模拟

采用四次方光滑函数构造了包含远程吸引近距排斥的保守力势函数, 应用该势函数, 采用耗散粒子动力学方法, 对十字型微通道内的多相流动进行了计算. 计算结果表明, 该势函数能有效模拟十字型微通道内的流动过程及模式. 关键词： 多相流 耗散粒子动力学 保守力势函数     

耗散粒子动力学处理复杂固体壁面的一种有效方法

耗散粒子动力学(dissipative particle dynamics,DPD)作为一种介观尺度拉格朗日型粒子方法,已经成功地应用于微纳米流动和生化科技的研究中.复杂固体壁面的处理和壁面边界条件的实施一直是DPD方法发展及应用的一个障碍.提出了处理复杂固体壁面的一种新的方法.复杂固体区域通过冻结随机分布并且达到平衡状态的DPD粒子代表;所冻结的DPD粒子位于临近流动区域的一个截距内;在靠近固体壁面的流动区域中设置流动反弹层,当流动DPD粒子进入此流动层后反弹回流动区域.应用这种固体壁面处理方法对简单流动区域的Poiseuille流动和复杂多孔介质内的流动进行了分析.研究表明,这种新的固体壁面处理方法能够有效模拟复杂固体区域,准确实施壁面边界条件.     

带自由面流体的多体耗散粒子动力学模拟

利用多体耗散粒子动力学(MDPD)方法对介观尺度下液滴动力学进行了模拟分析,探讨了MDPD系统中液气共存界面的形成,并对表面张力进行了模拟研究,研究结果表明,MDPD方法形成的液气共存界面满足Laplace定律,通过改变不同的粒子间保守力作用参数,获得了液滴在固体壁面上不同的接触角,并研究了保守力作用参数与接触角之间的变化规律,进一步模拟了液滴在复杂微通道内的流动,研究结果有助于解释带自由面流体在粗糙表面上的运动行为。     

β-HMX基PBXs包覆行为的介观模拟

通过耗散粒子动力学方法研究了β-HMX(环四次甲基四硝基胺)基聚合物在室温下的介观结构. 并在此基础上,研究了不同温度时β-HMX与不同聚合物之间的排斥参数及β-HMX基PBXs的介观结构. 结果表明,β-HMX与偏氟乙烯、β-HMX与三氟氯乙烯及偏氟乙烯与三氟氯乙烯结构单元间的相溶性随着温度的升高不断增强. 温度及聚合物的摩尔比在其相互包覆行为中起着重要作用,且存在最佳的温度及摩尔比.     

微通道中高分子溶液Poiseuille流的耗散粒子动力学模拟

利用耗散粒子动力学(dissipative particle dynamics, DPD)方法模拟了微通道中高分子溶液的Poiseuille流动.研究表明, 微通道中的高分子溶液呈现非牛顿流体特性, 可以用幂律流体来描述流动行为, 高分子浓度越大, 幂律指数n 越小. 高分子链与壁面的流体动力学相互作用以及布朗扩散率梯度控制着高分子链的横向迁移. 由于传统的DPD方法中壁面诱导的流体动力学作用部分被屏蔽, 高分子链将向壁面方向迁移, 并且随着流场增强, 高分子链向壁面方向迁移越明显. 未被屏蔽的流体动力学相互作用和布朗扩散率梯度相互竞争, 使高分子链在微通道内的质心分布呈双峰状, 通道中心处高分子浓度出现局部最小值. 当通道宽度减小、强受限时, 壁面与高分子链间的流体动力学相互作用可能全部被屏蔽, 而布朗扩散运动弱, 高分子向壁面方向有微弱的迁移. 关键词： 耗散粒子动力学 高分子溶液 非牛顿流体 横向迁移     

液气共存的耗散粒子动力学模拟

传统的耗散粒子动力学方法(DPD)由于采用了纯排斥的守恒力相互作用,从而不能适应液气共存或者带有自由面流体的模拟.这里研究了DPD方法中新近提出的一种短程排斥、长程吸引相互作用,探索了这种改进势能对于DPD方法模拟液气共存的能力.模拟了这种新势能所形成的液气过渡界面,计算了过渡界面区的应力分布,发现应力分布与多体DPD方法所得结果一致.进一步对表面张力进行了研究,验证了这种势能所形成的界面满足Laplace定律,而通过理论公式与Laplace定律分别所得到的表面张力也彼此相符。     

介观耗散传输线的量子化

从耗散传输线的经典运动方程出发,将传输线中的单模信号进行量子化,研究了传输线在激发相干态下的量子效应.结果表明,传输线的量子涨落不仅与电路参数和电路的状态有关,还与传输线的位置有关. 关键词： 介观传输线 耗散 单模 激发相干态     

微液滴动力学特性的耗散粒子动力学模拟

对传统的耗散粒子动力学方法进行了改进.改进的耗散粒子动力学方法采用了包含远程吸引力和近距排斥力的保守力势函数,从而使得用耗散粒子动力学方法模拟多相流动成为可能.应用改进的耗散粒子动力学方法,对微尺度下液滴的形成及液滴在微重力下的大幅度振荡变形进行了数值模拟.计算结果表明,改进的耗散粒子动力学(DPD)方法能够有效地描述微尺度下液滴的动力学特性,对研究复杂流体多相流动有着重要的意义. 关键词： 多相流 微液滴 耗散粒子动力学(DPD)方法 保守力势函数     

耗散介观电容耦合电路的量子效应

对介观耗散电容耦合电路作阻尼谐振子处理,将其量子化,在此基础上研究电荷和电流在能量本征态下的量子涨落,并对其进行讨论.结果表明,每个回路的电荷、电流都存在量子涨落,且两回路的量子噪声是相互关联的. 关键词： 介观耗散电路 电容耦合 量子涨落     

Dissipative particle dynamics simulation for the effect of interaction on the self-assembly behaviours of heterogemini surfactant in aqueous solution

Self-assembly behaviours of heterogemini surfactant in aqueous solution have been explored by means of dissipative particle dynamics simulation. Five kinds of heterogemini molecules are involved and a variety of novel morphologies have been obtained. Results based on detailed analyses show that head–tail and tail–water interactions play different roles in the formation of six kinds of self-assembly morphologies. The key factors are tail–water and head–tail repulsions separately for morphology with small (sphere) and relatively large scales (rod, planar grid, lamella and tunnels). Besides, the appearance of network in only one system can be regarded as a particular type of intermediate state. Coexistence of several sphere micelles in an amplified dissipative particle dynamics system gives us a better understanding of interactions inside the soft matter. Our simulation results can provide a theoretical guide to further research towards self-assembly behaviours of heterogemini surfactants and practical applications of these matters.     

有结构壁面上液滴运动特征的耗散粒子动力学模拟

本文采用耗散粒子动力学方法, 研究了恒定外力驱动下液滴在有结构壁面上的运动过程. 通过研究液滴在通过壁面结构时前缘接触点和前进角的变化, 分析了液滴的运动特征. 研究结果表明, 在不同润湿性或不同外力驱动下, 存在使液滴运动最快的“最优”壁面结构, 并对其机理进行了讨论. 本文还探讨了壁面润湿性、热涨落以及外力对液滴运动状态的影响. 关键词： 微流体 有结构壁面 润湿性 耗散粒子动力学(DPD)     

Lattice—BGK simulation of a two—dimensional channel flow around a square cylinder

The confined flow around a square cylinder mounted inside a two-dimensional channel (blockage ratio $\be=1/8$) was investigated in detail by a newly developed incompressible nonuniform lattice-BGK model. It is found that the vortex shedding behind the cylinder induces periodicity in the flow field, and the periodicity of the flow will lose for $Re>$300. A detailed analysis for a range of Reynolds numbers between 1 and 500 was presented. Quantitative comparisons with other methods show that the model gives accurate results for complex flows.     

Dissipative particle dynamics study of velocity autocorrelation function and self-diffusion coefficient in terms of interaction potential strength

This research focuses on numerically investigating the self-diffusion coefficient and velocity autocorrelation function (VACF) of a dissipative particle dynamics (DPD) fluid as a function of the conservative interaction strength. Analytic solutions to VACF and self-diffusion coefficients in DPD were obtained by many researchers in some restricted cases including ideal gases, without the account of conservative force. As departure from the ideal gas conditions are accentuated with increasing the relative proportion of conservative force, it is anticipated that the VACF should gradually deviate from its normally expected exponentially decay. This trend is confirmed through numerical simulations and an expression in terms of the conservative force parameter, density and temperature is proposed for the self-diffusion coefficient. As it concerned the VACF, the equivalent Langevin equation describing Brownian motion of particles with a harmonic potential is adapted to the problem and reveals an exponentially decaying oscillatory pattern influenced by the conservative force parameter, dissipative parameter and temperature. Although the proposed model for obtaining the self-diffusion coefficient with consideration of the conservative force could not be verified due to computational complexities, nonetheless the Arrhenius dependency of the self-diffusion coefficient to temperature and pressure permits to certify our model over a definite range of DPD parameters.