[发明专利]多尺度模拟纳米颗粒多相流体特性的方法

摘要

本发明提出一种多尺度模拟纳米颗粒多相流体特性的方法，首先建立微观尺度全原子纳米颗粒多相流体分子模型；基于分子动力学方法获得模拟数据后，为了减少数值模拟计算时间，基于力场拟合方法进行粗粒化处理，建立第二层次微观尺度粗粒化纳米颗粒流体分子模型；粗粒化分子动力学模拟数据获得后，基于格子玻尔兹曼思想把粗粒化模型放大到虚拟流体，建立第三层次介观尺度虚拟流体的分子模型。将粒子受力作为“传递信息”，微观尺度和介观尺度通过“传递信息”进行耦合。

主权项

1.一种多尺度模拟纳米颗粒多相流体特性的方法，其特征在于，其包括以下步骤：1)建立全原子分子动力学微观尺度模型，H(p,r；m,s)＝K(p；m)+V(r；s)；其中，H(p,r；m,s)为哈灵顿函数，K(p；m)为动能，V(r；s)为势能，p为粒子动量，r为粒子的位置坐标，m为质量，s为力场参数，并获取作用在粒子i上的力；2)对步骤1)中获得的模拟数据，基于力场拟合方法进行粗粒化处理，建立粗粒化分子动力学微观尺度模型，并从该粗粒化分子动力学微观尺度模型获取粗粒化力场粒子受力表示：其中F^p为粗粒化力场粒子受力的预估值，M为分子构象数，a_j为力场参数，为常数，j为粒子j；3)获得粗粒化分子动力学模拟数据后，建立基于格子玻尔兹曼方法介观尺度模型其中f^d为粒子分布函数，f^e为平衡状态是粒子分布函数，v和u分别为微观流体速度和宏观流体速度，λ为弛豫时间，G为重力，R为气体常数，ρ为流体密度，T为温度，F为粒子间有效相互作用力，并从中获取格点带电量系统内的静电作用力为电场，ε_r为介电常数，为向量微分算子，并引入粒子分布函数其中为平衡分布函数，λ为弛豫时间，q_α为粒子带电量，Δt为间隔时间步长，t为时间；4)将粗粒化分子动力学微观尺度模型和基于格子玻尔兹曼方法介观尺度模型通过作用于粒子i的摩擦力Ffi，粒子i作用于格子节点l的反作用力Frl耦合，获取Ffi＝‑γ(vi‑wl),F_rl＝γ(v_i‑w_l)e_li，其中v_i为微观尺度粗粒化模拟计算得到的粒子i的速度，w_l为介观尺度中粒子i临近格子节点l的速度，∑_le_li＝1，w＝∑_lw_le_li，w为格子节点l的速度,e_li为格子节点l具有速度w_l的粒子的比例，并获取可体现粒子与流体的相互作用强度的耦合参数γ，其中m和m^’分别表示在相应节点处的粒子质量和流体质量，t_c为碰撞时间。