利用耦合算法研究微纳米尺度的流动问题

来源 :中国科学院力学研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:SANDWICHSZHANG
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
微尺度流动日益成为人们关注的热点,其研究成果广泛应用于生物、医学、化学等各大领域。由于微流动表现出许多宏观流体所不具有的流动特性并且跨越了纳米到微米尺度,经典的研究工具诸如连续方程和分子动力学均受到了局限。   本文阐述了一种全新的耦合算法,将流体划分为三个部分——连续区、离散区和重叠区。连续区基于连续介质模型并用Navier-Stokes方程求解,离散区基于离散模型并用分子动力学求解,重叠区则同时使用两种模型和两种算法求解。离散区和连续区通过重叠区域互相传递信息,进行匹配。   耦合算法的难点与重点在于如何更好地使两种截然不同的算法在耦合区实现质量、动量等物理量的连续性。动量的连续性采用约束粒子动力学实现,质量的连续性则是通过分子动力学区域靠近边界的粒子增减来实现的。过去人们随机选取位置放入新粒子,常常导致新粒子因为与原先存在的粒子重叠而被反弹出计算区域。我们采用了Usher算法来解决这个问题,Usher算法能够快速在稠密流体中寻找具有指定低能量值的位置加入粒子,保证系统稳定。另外,本文从粒子距离的角度出发发展了Center算法,能够在稠密流体中寻找合理位置放入新粒子。这两种算法均顺利实现了从连续区域向离散区域流入的质量流,保证了质量连续性。   耦合算法结合了连续方程和分子动力学的优点,能够成功模拟连续介质难以处理的固体/流体交界面的微结构,大大提高了运算速度。我们应用耦合算法模拟了下壁面具有粗糙表面结构的微管道中突然启动的考艾特流动。从计算结果看出:在无滑移边界条件下,耦合算法得到的速度剖面和全分子动力学模拟得到的结果一致,这进一步验证了耦合算法的正确性和优越性,预见了其在微尺度流动中广阔的应用前景。
其他文献
细胞表面分子在生命科学的基础研究领域与应用研究领域都有着极其重要的作用。因此,对细胞表面分子的正确鉴别通常是许多生化分析的第一步。流式细胞仪是比较常用的鉴定细胞表
绝缘内部局部放电被广泛认为是导致电气设备绝缘劣化的重要因素,与高电压电气设备运行的安全性和可靠性具有密切联系。油纸绝缘是油浸式高压电气设备内绝缘的重要组成形式,研究油纸绝缘中局部放电的特性、机理及其对油纸绝缘的影响,是油纸绝缘老化局部放电诊断技术的基础,对提高油纸绝缘老化程度诊断准确性具有重要意义。本文在油纸绝缘缺陷模型局部放电试验的基础上,研究了局部放电灰度图像的光谱特征和纹理特征提取方法,一共
长期以来,在对外汉语教学中,汉字的教学处在一个从属位置,如何让留学生学习汉字全面发展汉语能力.本文结合汉字的象形性特点,对于汉字教学现状,发展汉字教学的意义以及如何选
随着计算材料学这一新兴学科的迅速发展,结合力学理论建立合适的跨尺度技术,模拟材料的纳微米尺度的力学行为是目前计算材料学的热门课题。本文应用分子动力学方法模拟了纳米尺
压电陶瓷作为一种重要的智能材料,有着非常广泛的应用,其非线性的力电耦合性能也日益受到人们的关注。近二十年来,在压电陶瓷力电行为的研究方面取得了一系列重要进展,但仍有一些
高压扭转(HPT)是一种典型的剧烈塑性变形方法。金属材料经HPT处理可获得亚微米甚至纳米尺度的晶粒组织。受样品尺寸,特别是厚度(通常为0.3~0.8mm)的限制,对HPT变形组织的观察往
期刊
习近平总书记在学校思想政治理论课教师座谈会指出“我们办中国特色社会主义教育,就是要理直气壮开好思政课”,并指出“办好思想政治理论课关键在教师,关键在发挥教师的积极
应力波在含结构面岩体中的传播研究涉及到应力波的产生、结构面几何描述和结构面对波传播的影响机理。研究的主要困难在于定量描述岩体的结构性质及其与周围岩体相互作用的规
为了深入分析超燃冲压发动机的性能,并改进燃烧室、尾喷管的设计和优化燃料在燃烧室内的释热方案,本文建立了广义一维流动/释热分析方法,结合炯分析方法对超燃冲压模型发动机的