纳米通道双原子分子数值模拟

发布时间：2017-08-12 07:40

  本文关键词：纳米通道双原子分子数值模拟

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【摘要】：微电子机械系统(MEMS)的出现和发展是精密加工技术和纳米技术交叉应用领域的重要成果。由于MEMS器件的尺寸处于纳米级别，因此尺度效应对器件的影响成为制约其发展的一个重要问题。特别是由于许多MEMS器件中直接或者间接应用流动原理，因此研究纳米尺度下流体流动特性成为一个重要的研究方向。由于尺度效应的存在，，使得基于分子模型的分子动力学方法在纳米尺度流体流动问题的研究中倍受青睐。 本论文的主要内容为利用分子动力学（Molecular dynamics, MD）模拟的方法来研究双原子分子在纳米通道内的流动特性。所使用的流动模型为Couette流动模型。本论文研究了该模型下，双原子分子流体在不同的浸润系数、系统温度下的数密度分布及速度滑移的特点。研究表明，数密度呈现震幅与壁面距离呈负相关的震荡特性；与浸润系数正相关，与温度负相关；速度滑移与浸润系数负相关，与温度负相关；本论文模拟了不同的势能放大系数和平移系数对纳米通道流体分子的影响。研究表明，势能函数的放大系数与流体分子数密度呈正相关，与速度滑移呈负相关。势能函数的平移系数与流体分子的数密度呈负相关，与速度滑移呈正相关。
【关键词】：微机电系统 分子动力学 数密度 速度滑移 放大系数 平移系数
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TB383.1;TH-39
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第1章 绪论7-13
• 1.1 纳米尺度流动问题的研究背景7-8
• 1.2 纳米尺度流动研究基本概念及发展现状8-12
• 1.2.1 纳米尺度流动研究的重要性8-9
• 1.2.2 国内外研究现状9-12
• 1.3 本文的主要研究内容12-13
• 第2章 分子动力学模拟13-29
• 2.1 分子动力学的基本原理13
• 2.2 分子动力学模拟的基本方法13-24
• 2.2.1 分子动力学模拟的运动描述方程13-14
• 2.2.2 分子动力学模拟的一般流程14-15
• 2.2.3 分子动力学模拟各步骤的主要方法15-24
• 2.3 分子动力学模拟的系综24-26
• 2.3.1 系综的分类24-25
• 2.3.2 系综平衡的控制方法25-26
• 2.4 宏观量的计算26-27
• 2.4.1 温度26-27
• 2.4.2 压力27
• 2.5 分子动力学方法应用范围27-28
• 2.6 本章小结28-29
• 第3章 Couette 模型建立及势能函数分析29-42
• 3.1 Couette 模型29-30
• 3.2 固体壁面的模拟30-31
• 3.3 模型参数设定及参数的无量纲化31-32
• 3.4 单原子分子与双原子分子势能函数分析32-41
• 3.4.1 Two-center Lennard-Jones 势能函数求解32-40
• 3.4.2 L-J 势能函数与 Two-center L-J 势能函数之间的关系40-41
• 3.6 本章小结41-42
• 第4章 模拟结果及分析42-53
• 4.1 双原子分子的空间排布及数密度分布42-45
• 4.1.1 浸润系数对流体数密度分布的影响42-44
• 4.1.2 温度对双原子分子数密度的影响44-45
• 4.2 纳米通道内双原子分子的速度滑移45-47
• 4.2.1 浸润系数对流体速度滑移的影响45-46
• 4.2.2 温度对流体速度滑移的影响46-47
• 4.3 双原子分子势能模型各向异性对纳米通道流体流动的影响47-48
• 4.3.1 存在能量各向异性与不存在能量各向异性对数密度的影响47-48
• 4.4 势能函数变化对纳米通道双原子分子流体的影响48-52
• 4.4.1 两种势能函数间的线性关系存在性验证48-49
• 4.4.2 放大系数与平移系数对纳米通道流体分子流动的影响49-52
• 4.5 本章小结52-53
• 结论53-54
• 参考文献54-57
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果57-59
• 致谢59

【参考文献】

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1 王曙钊,李敬社,宋懋;纳米技术:研究现状及展望[J];空军工程大学学报(自然科学版);2003年01期

本文编号：660503