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《清华大学》 1998年
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某些热现象的分子动力学研究

熊大曦  
【摘要】:微尺度条件下的换热、快速加热以及某些相变传热等现象用传统的研究方法和研究手段难以进行研究,而分子模拟技术则有可能成为研究这些传热现象的一种有效手段。本文用分子动力学方法模拟了系统的热力学参数和输运系数,并探讨了扰动在介质中的传播机理,最后分析和讨论了汽液界面中的相变现象。 用分子动力学模拟得到了系统的基本参数如能量、速度和速率的分布、平均自由程、平均碰撞时间,热力学参数如定容比热和压力,以及输运系数如自扩散系数等,将模拟的结果与实验数据比较,发现两者能够较好地符合。 用分子动力学模拟了微小空间(10nm量级)内热力学参数的关系,结果表明,范德瓦尔斯方程所预示的连续相变(包括亚稳定和不稳定区)都能实现,从而提出了微小空间(特征尺寸与汽泡或液滴的临界直径同一量级时)中能实现无相分离的汽液连续相变。 为了尽可能地减少计算工作量,讨论了系统参数与维数的关系,并建立了相应的近似理论关系式。运用一维分子动力学方法计算了Ar分子系统的热力学参数和输运系数,并与三维计算值和实验值分别进行了比较,发现它们有较好的一致性。与常规的三维分子动力学模拟相比,一维分子动力学模拟能大大减少计算时间,从而能计算更多分子数目的体系,使模拟结果有可能更接近于真实结果。本文还应用一维两分子理论模型计算的氩气导热系数,发现它与实验值随压力、比容及温度变化的趋势是一致的。 热是以扩散方式还是以波动方式传播一直是人们关注的问题,热波现象也是近几十年的研究热点。由于热波的存在条件极为苛刻(时间和空间尺度都很小),用常规的实验方法难以进行研究,而分子动力学方法能够较方便地模拟研究远离平衡态的热波问题。通过分子动力学模拟可以看到,压力扰动在液氩中是以波动形式传播的,模拟中可以明显地观察
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:1998
【分类号】:O552

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 王遵敬;蒸发与凝结现象的分子动力学研究及实验[D];清华大学;2002年
2 蔡治勇;界面微观特性的分子动力学模拟研究[D];重庆大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 谭宁;界面微尺度热现象的分子动力学模拟[D];重庆大学;2003年
2 肖鹏;单晶硅纳米薄膜面向热导率的分子动力学模拟[D];清华大学;2004年
3 陈俊;湿空气热力学性质的分子动力学模拟研究[D];重庆大学;2007年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前2条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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1 傅松;缸盖冷却水套内沸腾传热特性的研究[D];山东大学;2010年
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10 张雪彪;船体曲面钢板完全线加热成形研究[D];大连理工大学;2006年
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1 刘佳;非能动安全系统换热器的强化传热方法[D];哈尔滨工程大学;2010年
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4 王炳耀;广义压电热弹性问题的时域解[D];兰州理工大学;2011年
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10 俞民;300MW机组UP型锅炉水冷壁壁温特性的理论分析和试验研究[D];华北电力大学;2001年
【同被引文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 王遵敬;蒸发与凝结现象的分子动力学研究及实验[D];清华大学;2002年
2 王德明;应用分形理论及分子动力学模拟方法对气液界面现象的研究[D];重庆大学;2004年
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【二级引证文献】
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2 袁德文;窄流道内高过冷流动沸腾条件下的汽泡演化特性及机制[D];重庆大学;2010年
3 王沫然;微纳尺度气体流动和换热的Monte Carlo模拟[D];清华大学;2004年
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5 陈小燕;纳米通道内流体的分子动力学研究[D];中国科学技术大学;2008年
6 蔡治勇;界面微观特性的分子动力学模拟研究[D];重庆大学;2008年
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1 何昌斌;Mg_5(CO_3)_4(OH)_2·4H_2O纳米花的干燥动力学及L-J流体的MD模拟[D];大连理工大学;2011年
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4 谭宁;界面微尺度热现象的分子动力学模拟[D];重庆大学;2003年
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7 宋卓霞;Fe-Mn-C合金的试验与分子动力学模拟研究[D];河北理工大学;2009年
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10 岑敏;环六肽分子在水/环己烷界面的分子动力学模拟[D];苏州大学;2012年
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8 黄光速;王晓安;吴锦荣;郑静;;PIB在Tg以上的分子动力学研究[A];中国化学会第28届学术年会第7分会场摘要集[C];2012年
9 杨俊升;杨传路;王美山;陈保栋;马晓光;;碳纳米管与石墨诱导烷烃分子结晶的分子动力学研究[A];第十六届全国原子与分子物理学术会议论文摘要集[C];2011年
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10 郑斌;基于分子动力学的金属纳米颗粒和纳米线的变形行为研究[D];大连理工大学;2009年
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1 朱素华;共阳离子碱金属卤化物熔融盐的分子动力学模拟[D];广西大学;2004年
2 胡应杰;硝化甘油结构与性能的量子化学、分子动力学和分子力学研究[D];南京理工大学;2004年
3 吴晓;高压下AlH_3相变的第一性原理研究[D];华东师范大学;2010年
4 王三跃;褐煤结构的分子动力学模拟及量子化学研究[D];太原理工大学;2004年
5 寇云鹏;单晶硅纳米级切削过程的分子动力学仿真研究[D];燕山大学;2010年
6 肖时芳;Fe、Ni、Zr纳米晶体微观结构与力学性能的分子动力学模拟[D];湖南大学;2004年
7 邱宇;分子动力学结合不同势研究Ir团簇熔化性质[D];新疆大学;2008年
8 岳野;并行耗散分子动力学研究[D];北京化工大学;2010年
9 徐征;AIN-Cu和Ar-Kr低温界面热阻的计算机仿真研究[D];武汉理工大学;2004年
10 邸玉贤;纳米金属材料拉伸力学性能的非线性有限元分析[D];天津大学;2004年
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