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界面微尺度热现象的分子动力学模拟

作　者: 谭宁
导　师: 刘朝
学　校: 重庆大学
专　业: 工程热物理
关键词: 分子动力学模拟微尺度热现象汽液界面分维数
分类号: TK121
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
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内容摘要

本论文以Lennard-Jones流体氩为研究对象，采用分子动力学模拟方法，研究了在微尺度下的某些热现象。对汽液界面进行了分子动力学研究，获得了汽液界面局域的密度、厚度、温度、切向应力和法向应力以及表面张力的分布，并把这些数据与相应的实验数据和其他作者的模拟结果相比较，吻合较好，从而证明了本文所采用的模拟方法和模拟模型是正确的。本文还研究了不同的初始条件对这些界面参数的影响。并将分形理论运用到汽液界面的研究中，提出了在汽液界面中计算分维数的方法，得到了描述汽液界面特性的数字特征变量——分维数，同时根据所得到的X、Y和Z方向分维数的不同，证明了汽液界面是各向异性的，并对汽液界面进行了定性和定量的分析，得到了汽液界面是典型的分形面的结论。同时，本文还研究了在微尺度下固壁面对氩的饱和热力学性质的影响，本文应用了一种氩分子与固壁面分子相互作用的势函数，并研究了氩分子和固壁面分子相互碰撞的问题，研究表明：当氩流体的空间尺度只比固壁面对流体分子的有效作用距离大1~2个数量级时，尺度效应和固壁面分子的作用会影响氩的饱和热力学性质。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-5
符号表  5-8
1 绪论  8-16
  1．1 背景  8
  1．2 分子动力学模拟微尺度热现象的国内外研究情况  8-12
  1．3 国内外分形理论的研究现状  12-14
    1．3．1 分形理论的产生  12-13
    1．3．2 分形理论在国内外的应用现状  13-14
    1．3．3 分形理论在热科学中的应用  14
  1．4 本课题的研究目的和研究内容  14-15
  1．5 本课题的可行性分析、拟采用的研究方法  15-16
2 分子动力学方法和分形理论的介绍  16-29
  2．1 分子动力学方法的介绍  16-24
    2．1．1 分子动力学方法的定义  16
    2．1．2 分子动力学方法的步骤  16-24
  2．2 分形理论在热科学中的应用  24-27
    2．2．1 分形理论在热科学中的理论证明  24-26
    2．2．2 用分维数描述汽液界面的可行性研究  26-27
  2．3 本章小结  27-29
3 汽液界面相变现象的研究  29-51
  3．1 模拟系统的建立  29-36
    3．1．1 模拟工质的选取  29
    3．1．2 模拟系统参数的无因次化  29-30
    3．1．3 统计系综的选择  30-31
    3．1．4 模拟系统汽液界面的建立  31-32
    3．1．5 系统中分子的位置模拟结果  32
    3．1．6 系统的动能、势能和总能量的变化曲线  32-34
    3．1．7 系统十万步时的速度和速率分布  34-36
  3．2 各种初始条件对系统参数的影响  36-41
    3．2．1 截断半径的影响  36-38
    3．2．2 Z方向长度的影响  38-39
    3．2．3 粒子数的影响  39-40
    3．2．4 初始密度不同的影响  40-41
    3．2．5 切片厚度和切片数的影响  41
  3．3 不同温度下的系统参数的研究  41-42
  3．4 汽液界面连续相变现象的研究  42-49
    3．4．1 汽液界面的密度、温度和厚度的分布  43-45
    3．4．2 汽液界面中的应力和表面张力的研究  45-46
    3．4．3 汽液界面分维数的研究  46-48
    3．4．4 表面张力和分维数的关系  48-49
  3．5 本章小结  49-51
4 汽液界面结构的研究  51-55
  4．1 模拟系统平衡时的界面结构  51-53
  4．2 模拟结果分析  53-54
  4．3 本章小结  54-55
5 微尺度下固壁面对氩的热力学性质的影响  55-59
  5．1 模拟系统的建立  55-57
    5．1．1 模拟模型的确定  55
    5．1．2 势函数的确定  55-56
    5．1．3 系综和边界条件的确定  56-57
  5．2 模拟过程的描述和结果  57
  5．3 不同尺度固壁面对氩一定温度下的饱和压力的影响  57-58
  5．4 本章小结  58-59
6 结论  59-60
致谢  60-61
参考文献  61-65
附录攻读硕士学位期间发表的学术论文  65

界面微尺度热现象的分子动力学模拟

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