微纳米尺度流体的跨尺度研究方法

摘要

近期提出的连续介质力学—分子动力学分区耦合算法是微纳米尺度流体的跨尺度研究方法,该方法将流体划分为连续区、离散区和重叠区.连续区用Navier-Stokes方程求解,离散区用分子动力学求解,离散区和连续区通过重叠区进行匹配,使两个区域在重叠区域实现质量、动量的连续.针对过去人们为了实现质量连续在流体中随机摆放粒子使得粒子被驱赶出计算区域或者温度发散的不稳定现象,我们应用在流体中寻找低能量点的Usher算法来放人粒子,确保了系统的稳定,同时采用动态耦合模型来实现两种算法在重叠区域的动量连续.我们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,得到的速度剖面和全分子动力学模拟得到的结果一致,验证了耦合算法的正确性和优越性,进一步推动了研究尺度从微观到宏观的拓展.