[發明專利]多尺度模擬納米顆粒多相流體特性的方法

有效

• 申請號: 201810286280.5
• 申請日: 2018-04-03
• 公開（公告）號: CN108509724B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 于影;左雨欣;左春檉;曹倩倩;劉浩;顧志清
• 申請（專利權）人: 嘉興學院
• 主分類號: G16C10/00
• 分類號: G16C10/00;G06F30/25;G06F119/14
• 代理公司: 北京翔甌知識產權代理有限公司 11480
• 代理人: 謝新元

本發明提出一種多尺度模擬納米顆粒多相流體特性的方法，首先建立微觀尺度全原子納米顆粒多相流體分子模型；基于分子動力學方法獲得模擬數據后，為了減少數值模擬計算時間，基于力場擬合方法進行粗粒化處理，建立第二層次微觀尺度粗粒化納米顆粒流體分子模型；粗粒化分子動力學模擬數據獲得后，基于格子玻爾茲曼思想把粗粒化模型放大到虛擬流體，建立第三層次介觀尺度虛擬流體的分子模型。將粒子受力作為“傳遞信息”，微觀尺度和介觀尺度通過“傳遞信息”進行耦合。

技術領域

本發明屬計算機仿真技術領域，具體涉及一種多尺度模擬納米顆粒多相流體特性的方法。

背景技術

納米顆粒多相流體復雜流動是多相流研究領域重點發展領域，流體包括包含溶劑流體和固態納米顆粒，是典型的多相流。在尺度特征上，納米顆粒屬于納米尺度，固液邊界屬于微觀尺度，流場屬于介觀尺度，是典型的多尺度問題。另外，研究表明向溶液中加入帶電納米顆粒將導致兩相界面處物理特性變化，納米粒子分布將直接影響其界面張力，從而進一步影響納米顆粒流體物理特性。

納米顆粒多相流體多尺度模擬的研究成果不多，現有報道納米顆粒多相流體模擬多為單一尺度模擬。目前多尺度模擬方法多為介觀宏觀耦合，對于納米顆粒多相流體從微觀角度獲得流體性質的模擬研究極為必要，微觀介觀多尺度耦合(基于分子動力學和格子玻爾茲曼方法)針對納米顆粒多相流體特性的相關模擬計算未見報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多尺度模擬納米顆粒多相流體特性的方法。

本發明公開了一種多尺度模擬納米顆粒多相流體特性的方法，其包括以下步驟：

1)建立全原子分子動力學微觀尺度模型，H(p,r；m,s)＝K(p；m)+V(r；s)；其中，H(p,r；m,s)為哈靈頓函數，K(p；m)為動能，V(r；s)為勢能，p為粒子動量，r為粒子的位置坐標，m為質量，s為力場參數，并獲取作用在粒子i上的力；

2)對步驟1)中獲得的模擬數據，基于力場擬合方法進行粗粒化處理，并建立粗粒化分子動力學微觀尺度模型，并從該粗粒化分子動力學微觀尺度模型獲取粗粒化力場粒子受力表示：

其中F^p為粗粒化力場粒子受力的預估值，M為分子構象數，a_j為力場參數，為常數，j為粒子j；

3)獲得粗粒化分子動力學模擬數據后，建立基于格子玻爾茲曼方法介觀尺度模型

其中f^d為粒子分布函數，f^e為平衡狀態是粒子分布函數，v和u分別為微觀流體速度和宏觀流體速度，λ為弛豫時間，G為重力，R為氣體常數，ρ為流體密度，T為溫度，F為粒子間有效相互作用力，并從中獲取格點帶電量系統內的靜電作用力為電場，ε_r為介電常數，為向量微分算子，并引入粒子分布函數。

其中為平衡分布函數，λ為弛豫時間，q_α為粒子帶電量，Δt為間隔時間步長，t為時間；

4)將粗粒化分子動力學微觀尺度模型和基于格子玻爾茲曼方法介觀尺度模型通過作用于粒子i的摩擦力F_fi，粒子i作用于格子節點l的反作用力F_rl耦合，獲取

F_fi＝-γ(v_i-w_l)