固壁加热的分子动力学模拟的研究.pdfVIP

中国工程热物理年会 工程热力学与能源利用 第十一届学术会议 。编号；051111 固壁加热的分子动力学模拟研究 陈俊刘朝曾丹苓 重庆大学动力工程学院重庆4000444 Tel：023 E-mail：liuchao@cta．cq．eli。 摘要 本文应用分子动力学模拟方法，讨论，NVE系综中不同初始晶格类型对模拟系统平衡温度 和截断半径对模拟系统平衡总能的影响。建立7一种新的围壁加热模型，模拟研究了由铂组成的固 壁对流体氩快速加热过程。在本文的模拟条件下，由于固壁与液体之间的快速加热作用，固壁与液体 之问产生的蒸汽推动液体向J：移动，可以明显地观察到Leidenfrost现象咱勺产生。 关键词：分子动力学模拟周壁模型Lcidenfrost现象 1引言 高温表面蒸发现象在工程应用中具有非常重要的价值，如反应堆工程小破1：3事件 中，堆芯表面与冷却剂的直接作用，因此研究一直受到人们的重视。在过去很长时间 里，研究者从宏观角度对高温表砸蒸发现象进行了理论和实验的研究，而从微观角度 方面进行的研究较少。原因是由于在微尺度和微时间下，面l临巨大的实验上困难。随 着计算机技术的突飞猛进，从分子水平出发，应用分子动力学模拟方法(MD湿得越来 越重要，现在越来越多的研究者采用分子动力学模拟方法进行研究f】删。 2分子问相互作用的势函数 本文以氩Ar为模拟研究对象，用铂粒子Pt作为对它进行加热的固壁粒子。势能 函数采用L—J(12．6)型双体势函数： u(％)=4￡№％)12(a／％)6] (1) 其中，r为分子间距，U为分子势能，o为尺寸参数，￡为势阱深度。流体氩Ar和固 壁粒子铂Pt之间的相互作用参数由Lorentz-Berthelot准则确定： J／2．o (2) 仃印=p盯+盯pt r————————一 s印=√占甜X占p{ (3) 3有关参数的选取和模型的建立 3．1有关参数的选取 分子动力学模拟过程的初始晶格类型可以有很多种类．如：简单晶格结构，面心 127 初始温度为300K条件F，不同初始晶格模型的模拟平衡温度随模拟粒子数的变化。对 三种初始晶体模型，面心立方晶格(FCC)的模拟计算结果波动最小，模拟系统的粒子 数大约在2000个以后，模拟系统的平衡温度趋于稳定。说明FCC的模拟计算结果的稳 定性优于体心立方晶格利简单晶格。因此本文中采用的初始晶格模型为FCC模型。 模拟粒子数目对计算结果也会产生影响。应用数理统计方法，对图lc关系曲线进 行了分析，计算得出模拟系统的平衡温度的置信区间为：口-0．05： 取粒子数为2048进行模拟研究是合理的。 截断半径对体系模拟结果有较大的影响【9l。通常截断半径小，会使模拟结果与实 验值有较大的偏差；截断半径过大会延长计算机模拟时间、降低运行效率。图2给出 了在NVE系综中，初始温度为300K、粒子数相同条件下，模拟系统平衡时总能随截 断半径变化关系。随着截断半径的增大，体系的总能趋于稳定值。截断半径rc大于5．0 后，．系统总能基本上只有微小地变化，本文模拟讨论中取截断半径为5,0。 图1a简单品格系统平衡温度随粒子数变化 图lbBCC系统平衡温度随粒子数变化 ¨ 2 ‘ 6 ‘ ” ∞ II期{ W ‘，Ⅲ}