《用分子動力學方法研究氣-固界面的相互作用》是依託中國科學技術大學，由秦豐華擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：用分子動力學方法研究氣-固界面的相互作用
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：秦豐華
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
氣固界面相互作用是重要的力學問題之一，其研究具有重要的學術價值，在異相催化、晶體生長等眾多工程技術領域有著重要的套用價值。本項目聯合使用直接模擬Monte Carlo方法、分子動力學方法，從分子水平對氣固界面相互作用進行直接模擬，將固體壁面也納入模擬系統，兼顧計算效率的同時消除人為干擾，使得數值模擬最能反映客觀物理過程。獲得氣固相互作用時固體壁面粒子的回響特徵以及氣體分子的散射特徵，分析來流條件、壁面微觀結構、壁面溫度等巨觀性質、粒子間相互作用勢函式等的影響,建立氣固相互作用模型，並研究滑移邊界條件等對巨觀流動作用的具體表述。該項目的實施可以加深對流(氣、液)-固界面相互作用的機理認識，對工程套用中氣固/液固兩相流的數值模擬，也可以提供相關的模型理論依據。
結題摘要
氣固界面相互作用是重要的力學問題之一，其研究具有重要的學術價值，與之密切相關的固壁邊界條件在微尺度流動理論研究中至關重要，在異相催化、晶體生長等眾多工程技術領域也有著重要的套用價值。本項目將固體壁面也納入模擬系統，從分子水平對氣固界面相互作用過程進行直接模擬，先後發展了嵌入法、分區法等聯合使用直接模擬Monte Carlo 方法與分子動力學方法的耦合算法，該方案與國際同行同期工作相比也是相當的。為了克服耦合算法計算量太大的困難，單獨採用分子動力學方法研究單個氣體分子的反射特徵，掃描入射狀態建立數值散射核。結果表明氣體分子在規則固體壁面上的反射狀態不僅與入射運動參數有關，還與微觀相對位置有關，這些特性與Maxwell模型等經典氣固相互作用模型有較大不同；按照經典理論定義的壁面調節係數不再是常數，而在較大範圍內變化；常規條件下的氣體分子入射不會對固壁微觀結構產生明顯影響。另外，以體積力驅動的微尺度Poiseuille流為基本對象，考察了高階連續模型對微流動非連續特徵的刻畫能力，特別討論了邊界條件的影響，尤其是溫度跳躍條件及其中的溫度調節係數對微尺度Poiseuille流橫向特徵影響明顯。流(氣、液)-固界面相互作用微觀上輸入條件太多、現象複雜多變，研究難度大，本項目的實施對研究方法進行了有效的探索，數值散射核的思想在目前可行性也很強，耦合方法則隨著計算能力的快速提高將會發揮更大的作用，對氣固相互作用過程的模擬及機理的初步分析為進一步探討這一基礎問題奠定了良好的基礎。
