[發(fā)明專利]一種基于分子動(dòng)力學(xué)（MD）液-固界面模型的液-固界面熱導(dǎo)率求解方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110282491.3
• 申請(qǐng)日: 2021-03-16
• 公開（公告）號(hào): CN115081169A
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王振宇;孫尚維;冉然
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F119/08
• 代理公司: 北京遠(yuǎn)大卓悅知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11369
• 代理人: 卞靜靜

1.一種分子動(dòng)力學(xué)(MD)液-固界面模型，其特征在于，包括：上下兩部分原子層，上部分是模擬液體介質(zhì)的液體原子層建模模型，下部分是模擬固體基板的固體原子層建模模型；下部分包括：固體基板下三分之一部分的固定原子層、固體基板中部三分之一部分的熱源層、固體基板上三分之一部分的傳導(dǎo)層。

2.如權(quán)利要求1所述的分子動(dòng)力學(xué)(MD)液-固界面模型，其特征在于，該MD模型是三維空間立體結(jié)構(gòu)模型，其在x方向和y方向上的尺寸是相等的，z方向是液體介質(zhì)和固體基板相堆疊的方向。形成一個(gè)底面是正方形的長(zhǎng)方體區(qū)域，液-固界面所在平面與xOy平面相平行。

3.如權(quán)利要求1所述的分子動(dòng)力學(xué)(MD)液-固界面模型，其特征在于，該MD模型中液體原子層中原子相互作用關(guān)系使用液-液原子鍵合勢(shì)能函數(shù)進(jìn)行描述，液體原子層和固體原子層之間的原子相互作用關(guān)系使用液-固原子鍵合勢(shì)能函數(shù)進(jìn)行描述。固體原子層中原子相互作用關(guān)系使用固-固原子鍵合勢(shì)能函數(shù)進(jìn)行描述。具體的物質(zhì)選用具體的經(jīng)驗(yàn)勢(shì)能函數(shù)進(jìn)行描述，兩種物質(zhì)之間的勢(shì)能相互作用參數(shù)使用洛倫茲-貝特勒公式進(jìn)行確定。

4.如權(quán)利要求1所述的分子動(dòng)力學(xué)(MD)液-固界面模型，其特征在于，固體基板下三分之一部分的固定原子層用來固定整個(gè)固體基板中的原子不發(fā)生相對(duì)位移；固體基板中部三分之一部分的熱源層用來模擬實(shí)際工作中的熱源，持續(xù)產(chǎn)生熱量，以上傳到液體介質(zhì)中；固體基板上三分之一部分的傳導(dǎo)層介于固體基板熱源層和液體介質(zhì)之間，用來將固體基板熱源層產(chǎn)生的熱量穩(wěn)定地傳遞到液體介質(zhì)層。

5.一種液-固界面熱導(dǎo)率求解方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：在權(quán)利要求1所述的固體基板中部三分之一部分的熱源層中注入能量，運(yùn)行仿真，統(tǒng)計(jì)液體介質(zhì)溫度T(t)隨時(shí)間t的變化情況，記錄(t,T(t))數(shù)據(jù)點(diǎn)集；

步驟2：根據(jù)牛頓冷卻定律(G為界面熱導(dǎo)率，T_solid為固體基板中熱源層的溫度)和推導(dǎo)所得的界面處熱流密度公式，給定邊界條件T(0)＝T₁(初始時(shí)刻液體介質(zhì)溫度)，兩式消q求解微分方程可得：

T(t)＝(T₁-T_solid)e^-τt+T_solid

步驟3：將T(t)～t關(guān)系表達(dá)式對(duì)數(shù)線性化，得公式：

ln(T_solid-T(t))＝-τt+ln(T_solid-T₁)

將數(shù)據(jù)點(diǎn)集(t,T(t))代入上式，繪制圖像進(jìn)行線性擬合，其中擬合函數(shù)的斜率值就是-τ的值；

步驟4：將-τ的值代入即可求界面熱導(dǎo)率G的值。

6.如權(quán)利要求5所述的液-固界面熱導(dǎo)率求解方法，其特征在于，所述步驟2中的界面處熱流密度公式推導(dǎo)為：

式中q是熱流密度，A是垂直于熱傳導(dǎo)方向的固體基板的橫截面面積，T(t)是t時(shí)刻液體介質(zhì)的溫度，ρ_liquid,V_liquid分別是液體介質(zhì)的比熱容，密度和體積。

7.如權(quán)利要求5所述的液-固界面熱導(dǎo)率求解方法，其特征在于，步驟2所求得的公式中，其中從而可得l_high為固體基板上液體介質(zhì)層厚度。

8.如權(quán)利要求7所述的液-固界面熱導(dǎo)率求解方法，其特征在于，給出的界面熱導(dǎo)率求解公式：式中參數(shù)τ是未知量，需要通過擬合函數(shù)求解，其余參數(shù)ρ_liquid和l_high均是已知量，具體參數(shù)值視液體類型和MD模型尺寸而定。