微通道中流体流动的分子动力学模拟

本文建立了周期外力作用下流体在微通道间流动模型.以此模型为基础,模拟计算了氩在亲水性和憎水性平行平板壁面间的流动过程,并对速度分布、温度分布等进行了统计.模拟结果表明在憎水性壁面附近,易观察到速度滑移和温度阶跃现象,而亲水性壁面上则反之.与N-S方程和能量方程的解进行了比较,亲水性通道速度和温度的模拟结果与分析解吻合较好,憎水性通道的模拟结果与分析解相差较大.同时,对300℃下不同密度水的流动进行了模拟,随着密度的增大,在壁面附近流体流动特性发生了变化.     

碱土金属蒸气中两种不同机理的高重复率脉冲激光交替振荡现象

通过在钙、锶金属蒸气中的高重复率脉冲放电,发现钙离子和锶离子的自终止跃迁激光脉冲和碰撞辐射复合激光脉冲交替振荡的实验现象,在分析了它们激励机理异同的基础上进行了初步的实验对比研究. 关键词： 激光脉冲 交替振荡     

微通道中水蒸气凝结过程流型变化的分子动力学研究

本文建立了外力作用下流体流动和凝结过程的分子动力学模型.在蒸汽压力为3.7177 MPa时,模拟得到了不同外力条件下水蒸气凝结过程的流型,分别为环状流、射状流、塞状流、泡状流、带有小汽泡的液体流,模拟结果与相关文献中实验流型吻合较好.模拟发现水蒸气在0.3833 MPa压力下凝结时,出现一种新的波动流流型.最后对凝结过程中流型间转换机理进行了讨论.     

碳纳米管振荡的分子动力学模拟

运用分子动力学模拟方法,模拟了三种碳纳米管振荡器内管的振荡运动.结果显示：振荡器的内管越短,振荡的频率越大,且受到的轴向回复力的波动也越大.内管在沿着管轴振荡的同时,还绕着管轴旋转,转动的动能有明显涨落并与内管管长密切相关.该研究对于开发碳纳米管的相关应用技术有指导意义. 关键词： 分子动力学模拟 多壁碳纳米管 振荡     

纳米通道内液态微流动密度分布特性数值模拟研究

微通道内流动因表面积/体积比值极大, 造成许多微尺度效应, 进而使微通道内出现完全不同于宏观流动的流体密度分布特性. 本文以纳米通道内液态Poiseuille流为对象, 采用非平衡分子动力学模拟方法研究了流体原子间相互作用强度ε_LL, 流体原子间平衡距离σ_LL以及壁面原子与流体原子间平衡距离σ_LS对通道内流体密度分布的影响规律. 数值模拟中, 统计系综取微正则系综, 势能函数选用LJ/126模型, 壁面设为Rigid-atom壁面, 温度校正使用速度定标法, 牛顿运动方程的求解则采用Verlet算法. 模拟结果表明, 随ε_LL的减弱, 近壁面区密度分布的振荡幅度则逐渐增大; 而σ_LL 则同时影响流体原子的存在形态和密度分布, 较大的σ_LL 会造成流体原子在整个通道内呈现面心立方结构的类似固体排列, 较小的σ_LL会使得流体原子呈现不断变化的 "团簇" 结构; 随σ_LS的变大, 近壁面区流体密度振荡幅度增大, 且流体密度分布起点离壁面越远. 另外, 本文还从近壁面区流体原子的 "俘获-逃逸" 行为角度, 初步解释了原子间相互作用强度对密度分布的影响规律. 关键词： 纳米通道 微流动 密度分布 分子动力学     

分子动力学模拟玻璃微球充气保气性能的机理

为了探讨载能重粒子辐照改善惯性约束聚变中所用玻璃微球的充气性能,以及热弛豫过程中改善其保气性能的微观机制,利用分子动力学的方法对载能重粒子辐照前后的SiO₂玻璃在内部形成气体扩散微通道的机理进行了模拟研究。结果表明,重粒子辐照可以在SiO₂玻璃中形成明显的扩散通道,说明辐照后的玻璃更适合通入Ar等较大尺寸气体;在高温高压的条件下,形成的扩散通道有逐渐关闭的趋势,辐照产生的缺陷能够在一定程度上得到修复。因此,利用重粒子辐照的方法,可在玻璃体中产生充气的微通道,该通道在高温高压下可实现关闭,从而起到开关的作用。模拟结果可为实验上通过重粒子辐照提升微球玻璃充气保气性能的方法提供理论支持,说明该方法具有可行性。     

纳米通道滑移流动的分子动力学模拟研究

本文采用非平衡分子动力学方法对平板纳米通道滑移流动进行了非平衡分子动力学模拟,获得了不同壁面势能和不同温度时流体的速度分布及密度分布。研究结果表明滑移速度在很大程度上决定于流体温度和壁面吸引力作用强度的大小。由于不同壁面吸引力时流体的密度分布受温度的影响规律不同,使得不同壁面吸引力时流体的滑移速度受温度影响规律也不一致。而且,流体结构受壁面流速的影响要受到壁面势能的制约。     

微通道脉管非线性交变振荡微观机理的分子动力学研究

采用分子动力学方法,对He在微通道脉管内的非线性交变振荡的热力学响应进行仿真,研究气体振荡诱导管内轴向压力梯度、温度场的形成,并阐述微通道长径比对温差与相位的影响.结果表明：微通道内伴随压差驱动力在管内形成类似正弦函数压力波、速度波、质量流量波与半正弦的温度波.振荡周期随脉管管径的增大而缩短,随脉管长度的增加而增长,受直径影响很小;微通道两端的时均温差随长度的增加而增大,受直径的影响很小.预测针对不同的脉管直径存在一个最佳长径比与振荡周期,其数值随直径的增大而增大,为优化脉冲管的性能提供理论依据.     

脉冲激光诱导金属薄膜电离的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟研究了激光诱导金属薄膜的电离过程,对激光等离子体形成早期原子的运动轨迹、薄膜表面的温度变化以及原子的电离特性进行了详细分析,并探究了脉冲激光参数对原子电离过程的影响.结果表明,在激光照射过程中,薄膜表面先熔化而后又气化,气化的原子继续吸收激光能量继而电离.激光的峰值功率密度越大,原子电离速率越快,电离数目越多,薄膜表面的温度越高.脉冲宽度越小,原子电离速率越快,薄膜表面的温度越高,但原子的电离数目先增加后减小.     

粗糙微通道内气体流动的分子动力学研究

为研究粗糙度对微通道内气体流动及其边界滑移性质的影响,采用分子动力学模拟方法研究了氩气在0.1 μm铂通道内的流动,通道表面粗糙度由三角粗糙元阵列构成。气体流动的边界条件决定于2个准则数: A/λ和Kn=λ/L(其中A为壁面粗糙度、λ为气体分子的平均自由程、L为流动系统的尺度)。Maxwell基于Kn的滑移模型当A/λ<0.25时适用;A/λ<1时,气体流动存在边界速度滑移,体现出稀薄效应,A/λ≈1时为无滑移,A/λ>1时为等效负滑移.     

高能量短脉冲激光作用水分子的动力学模拟

基于高能量短脉冲激光作用水分子实验的复杂性,需用采取一种比较准确且较为方便的方法来预测实验结果是必要的.本文采用分子动力学方法(Molecular Dynamics)对高能量密度短脉冲激光加载下的超临界水分子进行热力学分析及结构研究.结果表明,随着能量快速加入加载区域,水分子系统的温度迅速提高.同时,由于分子迅速向四周扩散,在加载区域产生空泡.其中,只有25.5%的能量用以提高水分子系统的动能(温度),其余的能量都用于增大水分子系统的势能(水分子间距).伴随着温度的提高,水分子热运动加快,有序程度逐渐减弱,O—H间距增加,水分子间的氢键作用减弱,分子极性降低.分子动力学模拟方法研究短脉冲高能量激光对水分子的作用,对水下激光微加工研究有一定指导意义.     

正则系综条件下空化空泡形成的分子动力学模拟

液体中空化现象的研究对减少空蚀破坏, 提高空化空泡的有效利用具有重要意义.本文采用分子动力学模拟的方法, 对正则系综条件下系统中空化的发生特性进行研究, 分析空化发生的机理, 讨论温度、数密度等因素对空化发生的影响, 并与格子Boltzmann方法进行了比较.模拟结果表明: 温度和数密度的变化, 都对系统中的空化产生显著影响.其中, 温度升高, 使系统中空化空泡的形成由稳定变得不稳定, 最终难以形成.数密度降低, 则会促进空化空泡的形成.随着数密度的减小, 温度对空化空泡形成的影响程度下降.     

Molecular dynamics of MgSiO3 perovskite melting

The melting curve of MgSiO分子动力学 MgSiO3钙钛矿 熔化温度 高压melting temperature, molecular dynamics, high pressureProject supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos 10274055 and 10376021),the Natural Science Foundation of Gansu Province, China (Grant No 3ZS051-A25-027) and the Scientific Research Foundation of Education Bureau of Gansu Province, China (Grant No 0410-01).2005-01-125/8/2005 12:00:00 AMThe melting curve of MgSiO3 perovskite is simulated using molecular dynamics simulations method at high pressure. It is shown that the simulated equation of state of MgSiO3 perovskite is very successful in reproducing accurately the experimental data. The pressure dependence of the simulated melting temperature of MgSiO3 perovskite reproduces the stability of the orthorhombic perovskite phase up to high pressure of 130GPa at ambient temperature, consistent with the theoretical data of the other calculations. It is shown that its transformation to the cubic phase and melting at high pressure and high temperature are in agreement with recent experiments.     

Molecular dynamics simulation of gas adsorption on defected graphene

Gas sensing is one of the most promising applications for graphene. Using molecular dynamics simulation method, adsorption isotherm of xenon (Xe) gas on defected and perfect graphene is studied in order to investigate sensing properties of graphene for Xe gas. In this method, first generation of Brenner many-body potential is used to simulate the interaction of carbon–carbon (C) atoms in graphene, and Lennard–Jones two-body potential is used to simulate interaction of Xe–Xe and Xe–C atoms. In the simulated systems, adsorption coverage, radial distribution function, heat of adsorption, binding energy and specific heat capacity at constant volume are calculated for several temperatures between 90 K and 130 K, and various pressures. It was found that both of the defected and perfect graphene could be introduced as very good candidates for adsorption of Xe gas.     

螺旋线行波管返波自激振荡的研究

 在2维小信号模型的基础上，分析了均匀和周期永久聚焦磁场对抑制返波自激振荡的影响。研究结果表明：改变聚焦磁场的幅值或周期来增加起振长度是可能的， 而且不会改变基波的互作用条件。与此同时，对起振长度、初始非同步速度参量随皮尔斯增益参量、空间电荷参量、损耗参量等的变化，以及在超宽带行波管中当存在两个或多个角向非对称空间谐波时,起振长度、初始非同步速度参量随周期永久聚焦磁场的变化进行了研究。优化设计聚焦磁场、电子注和螺旋线慢波系统的参量可以对螺旋线行波管的稳定性分析提供必要的依据。     

螺旋线行波管返波自激振荡的研究

在2维小信号模型的基础上,分析了均匀和周期永久聚焦磁场对抑制返波自激振荡的影响。研究结果表明：改变聚焦磁场的幅值或周期来增加起振长度是可能的, 而且不会改变基波的互作用条件。与此同时,对起振长度、初始非同步速度参量随皮尔斯增益参量、空间电荷参量、损耗参量等的变化,以及在超宽带行波管中当存在两个或多个角向非对称空间谐波时,起振长度、初始非同步速度参量随周期永久聚焦磁场的变化进行了研究。优化设计聚焦磁场、电子注和螺旋线慢波系统的参量可以对螺旋线行波管的稳定性分析提供必要的依据。     

Molecular dynamics simulation of a graphite-supported copper nanocluster: thermodynamic properties and gas adsorption

Molecular dynamics simulations were conducted for a cubic Cu cluster supported on a graphite bilayer. The Sutten–Chen and Lennard–Jones potentials were used for metal–metal and metal–graphite interactions, respectively. Heating and cooling processes were performed by NVT simulations at different temperatures in the range 200 to 1800?K. The melting point was identified on the basis of caloric and heat capacity curves. The calculated melting point was 770?K, far below the bulk melting point of crystalline copper. Several phenomena such as the appearance of a hysteresis (irreversibility) in caloric curves, surface melting, and cluster-induced surface wetting were justified from the results. The simulation of cluster in the presence of gas atmosphere showed that the CO gas is adsorbed more than H₂ and it has a greater impact on the cluster's structure.     

Rijke管热声振荡的稳定性切换行为研究

采用数值方法模拟了强弱两种阻尼条件下传热迟滞时间对一维Rijke管热声系统稳定性的影响,发现Rijke管系统存在稳定性切换现象.在推导了无量纲形式的管内声波动量方程和能量方程之后,利用Galerkin方法对控制方程进行展开并在时间域内数值求解.分析了强阻尼和弱阻尼条件下,给定热源的Rijke管热声振荡的稳定性与传热迟滞时间的关系.结果显示:在两类阻尼条件下,持续增大传热与速度的迟滞时间,系统均呈现出稳定性切换现象,即系统在稳定和不稳定两个状态间持续转变;但弱阻尼系统的不稳定区域宽于强阻尼系统的不稳定区域,系统最大振幅相对增大,且系统热声振荡的主模态在不同模态之间发生转换.最后,通过求解系统各阶模态极限环幅值随传热迟滞时间的变化,发现Rijke管热声振荡稳定性切换现象与迟滞时间存在近似周期性关系.     

高温下钙蒙脱石膨胀特性的分子动力学模拟

高温下蒙脱石的膨胀特性在核废料深部封存、二氧化碳封存及页岩气开发等应用中有着重要影响,但相关机理尚不明确.本工作使用分子动力学模拟为技术手段计算5 MPa和298—500 K等条件下,1.40—4.00 nm晶面间距(d)的一系列饱和钙蒙脱石的膨胀压力.以模拟所得的数值结果为依据,基于水化效应、双电层效应和离子关联效应等模型推演膨胀压力随温度与d的变化规律,并与相应的实验数据进行对比.模拟结果表明,当d较小时,因为高温会弱化水化力的强度,钙蒙脱石膨胀压力震荡的幅度降低,同时水化力作用的d的范围减小.当d较大时,因为高温强化离子关联效应,膨胀压力降低,同时双电层力的作用的d的范围增加.在较高温度和较大d时,膨胀压力为收缩力,阻碍膨胀.这些膨胀压力的变化规律与前期钠蒙脱石体系的研究类似.然而,通过对比两种蒙脱石体系的模拟结果,发现两种体系存在显著的差异—钙蒙脱石比钠蒙脱石更难膨胀到较大的d.此模拟结果与前人实验观测的结果相符.我们进一步将此差异归于钙蒙脱石的离子关联效应要远大于钠蒙脱石.有别于分子模拟中对于离子关联效应的精确描述,连续化的Poisson-Boltzmann方程因为忽略了离子关联效应,从而无法表达出与两种体系模拟结果都相吻合的膨胀压力变化规律.