Molecular Dynamics Analysis on Gas-Surface Interaction

气体-表面相互作用的分子动力学分析

• 批准号: 02452116
• 负责人: OHASHI Hideo
• 金额: $ 4.86万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (B)
• 财政年份: 1990
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1990 至 1991
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-02452116/
• 关键词: Gas-Surface Interaction; Molecular Dynamics; Heat Transfer; Sticking Probability; Accommodation factor; Maxwell model; Rarefied Gas

The scattering process of a gas molecule on a clean and complete surface is simulated and analyzed by the molecular dynamics method. First, a thermal equilibrium state of a thin solid film is calculated using 864 molecules of Lennard-Jones type, and then the gas molecule, whose potential parameters and its mass is changed, has collide on to this surface. For one case of parameters hundreds of scattering is simulated. In some cases the Morse type potential is used for gas-solid interaction potential. The numerical results are :1. The scattering behavior of gas molecule is differ from that in the diffuse model or Maxwell model.2. The sticking probability of gas molecule is affected mainly by the initial gas velocity and the potential well depth.3. The average of normal momentum of non-sticking molecules is very correlated with the initial normal momentum of them.4. Using the Morse potential for the Xe-Pt (111) system, the sticking probability is agree with the experiment of Tully et al.5. The energy transfer of gas to surface is limited in a certain period, that between the two maximum of kinetic energy of gas molecule in one collision. The amount of this energy transfer for one collision is very correlated to the kinetic energy at first maximum and its distribution function is controlled by the tangential momentum of gas molecule.

用分子动力学方法模拟和分析了气体分子在洁净完整表面上的散射过程。首先，使用864个Lennard-Jones型分子计算薄固体膜的热平衡状态，然后改变势参数和质量的气体分子碰撞到该表面上。对于一个参数的情况下，数百个散射进行了模拟。在某些情况下，气固相互作用势采用莫尔斯型势。数值结果如下：1.气体分子的散射行为不同于扩散模型或麦克斯韦模型.气体分子的粘附概率主要受气体初始速度和势阱深度的影响.非粘性分子的平均法向动量与其初始法向动量有很好的相关性.利用Xe-Pt（111）体系的莫尔斯势，计算出的粘附几率与Tully等人的实验结果一致。气体向表面的能量传递是有限的，在一定的时间内，即气体分子在一次碰撞中动能的两个最大值之间。一次碰撞的能量转移量与第一极大动能密切相关，其分布函数受气体分子切向动量的控制。

项目成果

松井 純: "固体表面近傍における気体分子の挙動" 日本機械学会第69期全国大学講演論文集. vol.B. 59-61 (1991)

Jun Matsui：“固体表面附近气体分子的行为”第 69 届日本机械工程学会国立大学讲座论文集，第 59-61 卷（1991 年）。

Y. Matsumoto and J. Matsui: ""The Behavior of Gas Molecule near the Surface by the Molecular Dynamics Method"" Proceedings of the 27th National Heat Transfer Symposium of Japan. 346-348 (1991)

Y. Matsumoto 和 J. Matsui：“通过分子动力学方法研究表面附近气体分子的行为”第 27 届日本全国传热研讨会论文集。

松井 純: "分子動力学法による気体ー表面散乱の解析(第2報:XeーPt(111)系の動的挙動)" 日本機械学会論文集.

Jun Matsui：“使用分子动力学方法分析气体表面散射（第 2 部分：Xe-Pt(111) 系统的动态行为）”日本机械工程师学会会议录。

Y. Matsumoto, J. Matsui and H. Ohashi: ""Numerical Analysis on Gas-Surface Interaction by Molecular Dynamics Method (1st Report : Simulation with Lennard-Jones Molecules)" Transactions of the JSME.

Y. Matsumoto、J. Matsui 和 H. Ohashi：“通过分子动力学方法对气体-表面相互作用进行数值分析（第 1 份报告：Lennard-Jones 分子模拟）”JSME 交易。

松本 洋一郎: "固体ー気体境界における原子の挙動の分子動力学的解析" 第27回日本伝熱シンポジウム講演論文集. vol1. 346-348 (1991)

Yoichiro Matsumoto：“固-气边界原子行为的分子动力学分析”第 27 届日本传热研讨会论文集第 346-348 卷（1991 年）。