在泊肃叶流的 MD 模拟中估计达到稳定状态所需的时间

计算科学 流体动力学 分子动力学 微流体
2021-11-28 08:06:30

我正在尝试对受限于固体表面之间的复杂流体进行分子动力学模拟。我想找到作为流体膜厚度函数的流量,h, 对于平面泊肃叶流。(预计流量不会显示h3依赖,一般来说,如果h很小,大约为几纳米)。

我的问题是,如何估计系统达到稳定状态所需的模拟时间,以便在这段时间之后进行流量测量。如果我们假设连续体,我们将有这个等式:

Mt=ν2My21ρPx

来描述这种不稳定的泊肃叶流(M作为动量,ν运动粘度和P压力),与粘性扩散项相比,所施加的压力梯度非常高(因为它是通过向粒子添加高基本体力来施加的)。可以假设压力梯度项沿流动方向是恒定的x并且及时,t.

现在,如果我们没有压力项,我们将有一个动量扩散方程,从中我们可以估计不稳定性衰减所需的时间。但是,从上面的等式(或任何其他起点),对我来说,如何估计达到稳定状态所需的模拟时间并不明显。

非常感谢您的耐心和帮助!

2个回答

我不确定我是否完全理解您的设置,但是为什么您不能只使用平行板之间的层流解决方案的解析表达式来获得流速?当然,假设您的雷诺数足够小,以至于层流解决方案是全局稳定的。

另一种方法,您也可以应用于更复杂几何形状的流体流动,可能是估计线性稳定性问题的最不稳定本征模式的衰减率(再次假设系统是线性和全局稳定的)以获得估计初始扰动幅度达到一定衰减所需的时间。

通过查看以下内容可以获得良好的估计: Mt=ν2My2

这是一个扩散方程,具有以下形式的解:M(t)=M04πνtexp(y24νt). 因此,理论上,h2/ν, 在哪里h是流体膜厚度是达到稳定状态所需时间的公平估计。但是,在实践中,对于复杂的流体,MD 模拟似乎需要运行更长的时间,以使测量量的合并平均值的波动逐渐减弱。