界面に生じる流体現象の非平衡分子動力学-連続体力学結合モデルによる解明

使用耦合非平衡分子动力学-连续介质力学模型阐明界面处发生的流体现象

• 批准号: 12750141
• 负责人: 齋藤 賢一
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12750141/
• 关键词: 分子動力学法; 非平衡力学; 粒子法; 計算力学; 液体; 界面; クラスター; 対話型シミュレーション

本研究では主に計算機による数値シミュレーションを行ない、界面現象解明のための力学モデルの構築を行なった。数値シミュレーションには、粒子系に対する非平衡分子動力学(NEMD)法およびsmoothed particle hydrodynamics(SPH)法を適用した。第二年度である本年度、実行した詳細テーマは以下の通りである。それぞれに対して、対外的な研究発表を行っている。(1)固体壁の影響を強く受けるナノ空間での分子流動シミュレーション(2)粒子モデルヘの適用を見据えたMD法への多重解像度手法の適用(3)SPH法の基礎的検討および対話的シミュレーション方法の検討(1)では、物質拡散のシミュレーションに従来用いられてきた、DCV-GCMD(dual-control volume grand canonical molecular dynamics)法を数十ナノメートル径以内のナノ空間での流動シミュレーションに適用することを試みた。昨年度評価した、確率的流入境界条件および自由流出境界条件による方法よりも、これは統計力学的に厳密な方法であり、分子流動を流れ場として扱うための境界条件としてはかなり有望であることが理解された。また、応用としてカーボンナノチューブ内での液体分子の流動についても考察し、壁面との相互作用で液体分子が強い拘束を受けながらも流動する可能性が示唆された。(本報告書項目11、雑誌論文の3,4)(2)では、数十個から数千個の原子からなる原子ナノクラスター同士の相互作用過程に対して、クラスター全体の剛体運動の力学方程式と、接触領域での通常のMD法に用いられる原子間運動方程式と、を同時に解く、多重解像度MD法を提案した。MD法のみによる結果と比較し、運動量・角運動量保存などを考慮することで適切な精度を維持できることを確認した。これは、今年度投稿論文として一定の評価を得た。(本報告書項目11、雑誌論文の1,2,6)(3)では、シミュレーション実行時に、対話的に計算条件・境界条件・表示条件の変更を行う対話的SPHシミュレーションを提案し、以前から研究代表者が提案してきている対話型MDシミュレーションと同様なシミュレーション手法が可能であることがわかった。但し、移動部分と流体の界面や自由表面などの密度の不連続性がある領域をどのように制度良く扱うべきかについてはまだ議論の余地がある。(本報告書項目11、雑誌論文の5)二年間の研究活動の結果、当初の目的である、連続体力学的手法と非平衡分子動力学との結合解法までにはまだ一歩手前に留まるが、それを成すための準備としての十分な成果が得られたと考えている。

This study aims to solve the problem of computer numerical simulation, interface phenomenon and mechanical simulation. Non-equilibrium molecular dynamics (NEMD) and smoothed particle hydrodynamics (SPH) methods are suitable for particle systems. The second year is the current year, and the actual implementation of the detailed information below is the current year. In addition, the research and development of foreign countries should be carried out in the middle of the year. (1)The influence of solid wall on molecular flow in space (2) The application of particle flow in MD method (3) The basic analysis of SPH method (1) The application of particle flow in space (2) The application of particle flow in MD method (3) The basic analysis of SPH method (1) The application of particle flow in space (2) The application of particle flow in MD method (3) The application of SPH method (1) The application of particle flow in space (3) The application of particle flow in SPH method (3) The application of particle flow in space (1) The application of particle flow in SPH method (3) The application of particle flow in space (1) The application of particle flow in SPH method (3) The application of particle flow in space (1) The application of particle flow in space (2) The application of particle flow in SPH method (3) The application of particle flow in space (1) The application of particle flow in space (2) The application of particle flow in SPH method (3) The application of particle flow in space (3) The application of particle flow in space (4) The application of particle flow DCV-GCMD (dual-control volume grand canonical molecular dynamics) method is applied to several kinds of flow patterns in different space. Last year's evaluation of the inflow boundary conditions and the free outflow boundary conditions, the method of statistical mechanics, the method of molecular flow, the field of molecular flow, the condition of molecular flow, the method of statistical mechanics, the method of molecular flow, the condition of molecular flow. The investigation of the flow of liquid molecules in the wall and the interaction between the wall and the surface show the possibility of strong restriction and flow of liquid molecules. (Item 11 of this report, No. 3 and 4 of the journal)(2) The mechanical equations of rigid body motion of tens of atoms, thousands of atoms and their interaction processes, the general MD method of contact fields, the equations of motion of atoms, the simultaneous solution of the MD method, and the proposal of the multi-resolution MD method. MD method: Comparison of results, amount of motion, preservation of angular motion, consideration of accuracy, confirmation of accuracy This year's submission paper will be evaluated. (Item 11 of this report, Papers 1, 2, 6)(3) SPH scheme proposal for the implementation of the program, corresponding calculation conditions, boundary conditions, change of expression conditions, and previous research representatives 'proposal for the implementation of the program, corresponding MD scheme, and corresponding calculation methods. However, the interface of the moving part and the fluid is free, the density is discontinuous, the field is good, the system is good, and there is room for discussion (Item 11 of this report, No. 5 of the journal) The results of research activities in the past two years, the initial objectives, the methods of physical mechanics, the methods of non-equilibrium molecular dynamics and the methods of combination solution have been studied.

项目成果

行天 義幸, 齋藤 賢一, 稲葉 武彦: "固体壁の影響を強く受けるナノ空間での分子流動シミュレーション"日本機械学会講演論文集(関西支部第77期通常総会講演会). (発表予定). (2002)

Yoshiyuki Gyoten、Kenichi Saito、Takehiko Inaba：“受固体壁强烈影响的纳米空间中的分子流模拟”日本机械工程师学会会议记录（关西分会第 77 届常务大会）（预定 2002 年）。

Ken-ichi Saitoh: "Molecular Dynamics Study on Interface Generated between Atomic Clusters"AEPA2002(The Sixth Asia-Pacific Symposium on Engineering Plasticity and Its Applications(国際会議). Decenber2-6, 2002(発表予定). (2002)

Ken-ichi Saitoh：“原子团簇间生成界面的分子动力学研究”AEPA2002（第六届亚太工程塑性及其应用研讨会（国际会议）。2002年12月2-6日（演示时间表）。（2002年）

齋藤賢一: "多重解像度を持つ対話型分子動力学法に関する研究"可視化情報. Vol.20 Suppl.No.1. 43-46 (2000)

Kenichi Saito：“多分辨率交互式分子动力学方法的研究”可视化信息。Vol.20 Suppl.No.1（2000）。

上大田孝: "金属原子クラスター生成・合体・成長過程の分子動力学シミュレーション"日本機械学会講演論文集(第13回計算力学講演会). No.00-17. 381-382 (2000)

Takashi Kamiota：“金属原子团簇生成、聚结和生长过程的分子动力学模拟”日本机械工程师学会论文集（第 13 届计算力学会议）第 381-382 号（2000 年）。

澤田 和年, 齋藤 賢, 稲葉 武彦: "カーボンナノチューブの螺旋構造が分子流動に及ぼす影響"日本機械学会講演論文集(関西支部第77期通常総会講演会). (発表予定). (2002)

Kazutoshi Sawada、Ken Saito、Takehiko Inaba：“碳纳米管的螺旋结构对分子流动的影响”日本机械工程师学会会议记录（第 77 届关西分会常务大会）（预定报告）。