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耗散粒子动力学中实现滑移边界条件的数值方法-上海大学学报
第15卷 第6期 上 海 大 学 学 报 (自然 科 学 版) Vol.15No.6
2009年12月 JOURNALOFSHANGHAIUNIVERSITY(NATURALSCIENCE) Dec.2009
文章编号:10072861(2009)06062806
耗散粒子动力学中实现滑移边界条件的数值方法
李 振, 胡国辉, 周哲玮
(上海大学 上海市应用数学和力学研究所,上海200072)
摘要:流体在固体表面的速度滑移对宏观流动的影响通常可以忽略,但在研究微尺度流动时,滑移速度可能对流动
产生较大的影响.因此在研究微尺度流动时,需要考虑流动在边界上的滑移.耗散粒子动力学方法是模拟介观尺度
下流体的动力学行为的计算方法,目前该方法一般使用无滑移的边界条件.提出一种在耗散粒子动力学中实现滑移
边界条件的数值方法,得到了和Navier滑移边界条件的Poiseuille流精确解吻合的速度剖面.
关键词:滑移;边界条件;耗散粒子动力学;介观尺度
中图分类号:O357 文献标志码:A
ANumericalMethodforImposingSlipBoundaryConditionsin
DissipativeParticleDynamics
LIZhen, HUGuohui, ZHOUZhewei
(ShanghaiInstituteofAppliedMathematicsandMechanics,ShanghaiUniversity,Shanghai200072,China)
Abstract:Velocityslippageonasolidwallisusuallyneglectedinmacroscopicflow.However,theeffect
ofslippageonthefluiddynamicscanbesignificantinamicroscopicscale.Therefore,slipconditionat
solidboundaryshouldbeconsideredinmicroscopicormesoscopichydrodynamics.Dissipativeparticle
dynamics(DPD)isapromisingapproachtothestudyofmesoscalehydrodynamicbehaviors.Noslip
boundaryconditionsarewidelyusedinpreviousDPDsimulations.Anumericalmethodforimposingslip
boundaryconditionswasproposedintheDPDsimulation.Toshowvalidityoftheapproach,velocity
profilesobtainedbyDPDarefoundtobeconsistentwiththeanalyticsolutionsbasedonNaviercondition
forthePoiseuilleflow.
Keywords:slip;boundaryconditions;dissipativeparticledynamics;mesoscopic
在宏观尺度下,人们通常认为粘性流体在固壁 定律,而是基于实验经验的一个假设.1823年,
处满足无滑移边界条件,即流体在壁面上的速度与 Navier认为流体在固体表面上可以存在滑移,并提
固壁的速度相等,但在微观领域无滑移边界已经被 出了线性滑移边界条件的假设,指出在固壁边界上
实验证实是不准确的.事实上,1738年 Bernoulli首 流体的切向速度分量与该处的切应力成正比,即
次提出流体流动的无滑移边界条件并不是基于物理 u= (du/dy),其中 为
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