[發明專利]一種計算瀝青混合料界面熱阻和界面熱導系數的方法

在審

• 申請號: 202110392384.6
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113030175A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 但漢成;柏格文;鄒卓民;陳嘉祺;劉項
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 長沙歐諾專利代理事務所(普通合伙) 43234
• 代理人: 歐穎;張文君

1.一種計算瀝青混合料界面熱阻和界面熱導系數的方法，其特征在于，包括建立瀝青混合料體系的界面傳熱模型，所述界面傳熱模型的構成為二氧化硅層-瀝青層-二氧化硅層；所述界面傳熱模型的建立方法包括以下步驟：

(1)、在瀝青層的熱傳導方向也即z方向的兩端各構建一個二氧化硅層，形成瀝青混合料體系；

(2)、沿z方向在所述瀝青混合料體系的兩端各設置一個固定約束層，所述固定約束層均屬于二氧化硅層的一部分；

(3)、將靠近一個所述固定約束層的一定長度的二氧化硅層設置為熱源區域，將靠近另一個固定約束層的一定長度的二氧化硅層設置為熱匯區域，并對所述瀝青混合料體系從熱源區域往熱匯區域由高至低依次設置不同的溫度，以形成溫度梯度；

(4)、將瀝青混合料體系在NPT系綜下跑動，使整個體系達到初始平衡狀態；

(5)、將瀝青混合料體系在NVT系綜下跑動，確保計算體系得到進一步的優化；

(6)、利用Langevin熱浴法分別對熱源區域和熱匯區域進一步設置具體的溫度，在NVE系綜下跑動，所述瀝青混合料熱傳遞體系產生熱流J；即形成了所述瀝青混合料體系的界面傳熱模型。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述二氧化硅層的構建方法包括以下步驟：首先在Material Studio軟件中導入二氧化硅晶胞；再在z方向切割二氧化硅晶胞，得到二氧化硅晶胞界面，同時將該晶胞界面的幾何形狀修正為正交形狀；基于所述二氧化硅晶胞界面結構，在x方向和y方向重復二氧化硅晶胞單元，直到二氧化硅超晶胞在x方向和y方向的長度與所述瀝青層的相應尺寸相等時，即獲得二氧化硅超晶胞結構；在z方向添加用于隔絕所述瀝青層與二氧化硅層分子間相互作用的真空層，得到最終的二氧化硅層結構。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述固定約束層的厚度為所述熱源區域與熱匯區域之間長度的8~12%，所述固定約束層中分子的應力、速度和位移均設為零。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述熱源區域和熱匯區域的厚度分別為所述熱源區域和熱匯區域之間長度的8~12%，所述瀝青混合料體系沿z方向分為n塊。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述瀝青混合料體系在NPT系綜下跑動1e6~2e6時步；在NVT系綜下再跑動100ps；在NVE系綜下跑動200ps；所述NPT系綜中，x和y方向的壓力p=1.0atm。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述瀝青混合料體系的x、y和z方向均采用周期邊界條件，所有分子動力學模擬中都采用0.1fs的時間步長；Lennard-Jones勢和庫侖力的截斷距離設為10.0?。

7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述熱流J的大小根據所述熱源區域或所述熱匯區域與系統恒溫器之間能量的交換率dE/dt來計算；當所述瀝青混合料體系達到穩定狀態后，所述熱流J的計算公式定義為：

1）；

其中S表示熱傳導方向的橫截面積。

8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述系統恒溫器的總能量與模擬時間呈線性關系，能量的交換率dE/dt等于擬合直線的斜率。

9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，模擬熱流在所述界面傳熱模型內部的傳遞過程，得到所述界面傳熱模型在z方向的溫度分布圖；對所述溫度分布圖進行分析得出所述二氧化硅層與所述瀝青層之間的界面的溫度躍變值ΔT；界面熱阻R為溫度躍變值ΔT與熱流J的比值：

2）；

界面熱導系數G為界面熱阻的倒數，表示為：

3）。