壁面滑移流动的分子动力学模拟研究

【摘要】：壁面滑移流动机理是稀薄气体流动研究中亟待解决的基础性问题,它与气体分子在壁面处的运动状态密切相关。本文对气体流动的壁面滑移机理和气体分子与壁面相互作用规律进行了分子动力学模拟研究。针对微尺度Couette和Poiseuille气体流动,建立了二维分子动力学模拟(2DMD)模型,得到了流动的速度分布和密度分布,将模拟结果和滑移边界条件下的解析解进行对比和验证,表明分子动力学模拟方法能够很好地模拟气体的壁面滑移流动。针对Couette气体流动模型,改变模拟参数,得到流动在不同气体分子数密度、势能系数以及壁面温度下的速度和数密度分布;对模拟结果的分析表明壁面滑移和近壁区域的气体分子数密度有着密切的联系,近壁区域分子数密度越小,滑移越明显。势能系数和壁面温度会造成近壁区域气体分子数密度的改变,从而影响气体流动的壁面滑移大小。针对气体分子和壁面的相互作用,采用不同壁面模型,调节势能作用和壁面温度的大小,得到气体分子在不同条件下的运动轨迹、反射速度分布以及动量适应系数;发现气体分子在表面有三种典型反射行为:直接反射、多次碰撞反射以及吸附后反射;揭示了气体分子入射速度、势能作用以及壁面温度对气体分子与表面相互作用规律的影响。
【关键词】：壁面滑移 分子动力学模拟 气体与壁面的相互作用 微尺度流动
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：O35