耗散粒子动力学中实现滑移边界条件的数值方法

流体在固体表面的速度滑移对宏观流动的影响通常可以忽略,但在研究微尺度流动时,滑移速度可能对流动产生较大的影响.因此在研究微尺度流动时,需要考虑流动在边界上的滑移.耗散粒子动力学方法是模拟介观尺度下流体的动力学行为的计算方法,目前该方法一般使用无滑移的边界条件.提出一种在耗散粒子动力学中实现滑移边界条件的数值方法,得到了和Navier滑移边界条件的Poiseuille流精确解吻合的速度剖面.     

纳米流体液滴的耗散粒子动力学模拟

采用在介观尺度下适用的耗散粒子动力学(dissipative particle dynamics, DPD)方法, 对考虑静电力作用的纳米流体系统进行建模, 研究了在纳米颗粒带电量和浓度影响下纳米流体液滴接触角的变化. 通过对实验过程进行的数值模拟, 得到了定性相同的结果.     

耗散粒子动力学在流动数值模拟中的应用

对耗散粒子动力学方法在流动问题中的应用进行了理论及数值研究，给出了耗散流体粒子运动的控制方程组、边界条件、数值方法及随机数据统计方法等．提出用固壁粒子层结合流体粒子反弹运动的方法来处理固壁边界有滑移流动边界条件，有效地消除了目前耗散粒子动力学及分子动力学模型在固壁附近的粒子密度波动问题．利用该方法编程计算了2类流动问题：方腔驱动流动与泊肃叶流动，计算结果与现有的理论及数值结果比较吻合，验证了所采用的数学模型、计算方法在流动数值模拟中的可行性及潜在优势．     

耗散粒子动力学平衡并行算法的实现

提出了一种耗散粒子动力学（DPD）的平衡并行（BPDPD）算法,解决了传统DPD程序计算时间过长的问题。通过动态的划分模拟空间实现了节点间的负载均衡,并且运用子节点数据本地重建机制有效减少了节点通信的数据量。对锚定蛋白质的聚集做了模拟,实验结果显示,该算法有效的减少DPD模拟的时间,并在10节点的集群上得到了6.3的加速比。     

高分子液滴碰撞的耗散粒子动力学模拟

利用耗散粒子动力学模拟了剪切流中两个变形的高分子液滴相互碰撞过程.高分子液滴由多根有限拉伸非线性弹性珠簧链(FENE链)构成.研究了碰撞分离和碰撞聚合两种情形.讨论了由于剪切流导致的液滴自扩散现象.除了Ca与粘性比之外,液滴之间的界面张力系数对于两个液滴碰撞后聚合或者分离过程有重要的影响.当液滴之间存在界面张力,一定条件下可形成复合液滴.剪切流条件下,组成复合液滴的两个子液滴会出现相互翻滚现象.     

聚丙烯/聚苯乙烯共混体系相态结构的耗散粒子动力学模拟

通过计算Flory-Huggins相互作用参数,采用耗散粒子动力学(dissipative particle dynamics,DPD)模拟方法对聚丙烯(PP)/聚苯乙烯(PS)共混体系的相态结构进行研究.结果表明,共混体系温度越高,剪切速率越大,则分散相的分散性越好,颗粒尺寸越小.通过对分散相聚并过程的观察,发现剪切过程又能诱导聚并发生.另外,随着PS相对分子质量的增加,PS相的黏度增加,造成PP和PS黏度比变大,分散相尺寸差异变大.     

蝌蚪型嵌段共聚物的耗散粒子动力学模拟

利用耗散粒子动力学模拟方法研究了二维蝌蚪型嵌段共聚物的微观相分离,得到了相形貌与蝌蚪型嵌段共聚物尺寸的依赖关系．通过计算结构因子,对相图的结构进行了分析．模拟结果揭示了本体中影响蝌蚪型嵌段共聚物微观相分离的主要因素．     

方形通道内流体流动的耗散粒子动力学并行计算

利用耗散粒子动力学(DPD)对方形通道内流体流动进行了模拟.通道壁面由3层粒子组成.在壁面附近实施了无滑移边界条件,在流动方向实施了周期性边界条件.计算中对每一颗粒子施加重力,从而驱动整个流体流动.计算结果表明,流体充分发展的速度分布与基于N-S方程的数值模拟结果一致.并行计算结果表明,DPD很适合于并行计算.与每个节点所处理的总的粒子数目相比,只有少数粒子参与通信,因此能够获得较高的并行效率.当节点数目为18时,并行效率仍然在80%以上.     

微通道中液滴的耗散粒子动力学模拟

利用耗散粒子动力学（DPD）对三维微通道中的液滴动力学进行了研究．通过提高两种流体之间的保守力系数获得不互溶的两种流体,并分析了相应的Flory—Huggins模型中的X参数．DPD计算所获得的表面张力与Groot等给出的理论公式相符合．计算采用消息传递并行计算技术（MPI）,计算过程模拟了高分子液滴穿过突扩突缩通道时的形态变化．计算结果表明,不同尺寸的高分子液滴穿过微通道所需要的时间不同,随着液滴直径与通道高度比值的增加,所需时间单调上升,但上升的趋势逐渐减缓．     

耗散粒子动力学中Lees-Edwards边界条件的实施

结合元胞分割法以及改进的velocity-Verlet算法讨论了Lees-Edwards边界条件在耗散粒子动力学中的实施,并将模拟结果与前人的工作进行了对比分析.所得到的速度、密度、温度、压力以及应力分布等与预期一致,尤其当耗散力系数γ提高到100时,系统中的各参数分布仍然是均匀的.表明高耗散率条件下,在耗散粒子动力学中应用Lees-Edwards边界条件仍然有效,笔者提出了与文献[21]不一致的观点.     

两嵌段共聚物在本体中自组装的耗散粒子动力学模拟研究

采用耗散粒子动力学(Dissipative particle dynamics,DPD)方法研究了线形两嵌段共聚物在本体中的自组装。通过改变两嵌段共聚物之间的比例、相互作用参数以及盒子的大小来研究对自组装结构的影响。这些模拟结果不仅与理论预测和实验结果相一致,而且证明了耗散粒子动力学方法是一种非常适合研究嵌段共聚物自组装行为的重要方法。     

耗散粒子动力学中固壁模型对纳米颗粒吸附模拟的影响

耗散粒子动力学(dissipative particle dynamics, DPD)方法是模拟介观流动的有力工具. 模拟中常用的FCC (face centered cubic) 固壁模型会在壁面附近产生虚假的流体密度波动. 作为纳米颗粒吸附问题的关键区域, 这个现象不可忽略. 采用随机壁面模型模拟纳米颗粒吸附问题, 并就壁面附近液体密度分布和纳米颗粒吸附的模拟与传统的FCC 壁面模型进行了比较.     

星形两嵌段共聚高分子薄膜微相分离的耗散粒子动力学模拟

 利用耗散粒子动力学模拟研究两类典型的星形两嵌段共聚高分子薄膜的微相分离行为,观察到一系列有序结构,并获得相应的相图.结果表明：(A_x)₄(B_y)₄体系的相图比(A_xB_y)₄体系具有更明显的对称性,且前者比后者更易发生相分离,这与体相中的情况相近,而同等条件下,后者比前者更易形成岛状结构;组成相同的星形共聚高分子体系在体相与薄膜中所形成的介观结构之间存在对应关系,且一维受限能够使得该体系所形成的微相分离结构更为多样化;较小的薄膜厚度与较强的A-B组分间的排斥作用均有利于增强所形成结构的有序性.     

复杂“星形”表面活性聚合物自组装行为的耗散粒子动力学模拟

表面活性聚合物因其改变溶液表面张力的功能,广泛应用于医疗以及化工领域.在溶液中表面活性聚合物自组装形成胶束形态决定溶液的流变性,影响自组装结构形成的因素是其研究的热点.采用耗散粒子动力学模拟方法,考察了多臂“星形”表面活性聚合物的自组装结构,通过改变表面活性聚合物链的亲疏水性,亲水基团和疏水基团的种类以及表面活性聚合物结构探索了各因素对“星形”表面活性聚合物自组装行为的影响.结果表明：“星形”表面活性聚合物能够自组装形成球形、层状、柱状/管状及囊泡胶束,溶剂条件、疏水链长度及亲疏水基团种类对胶束形态作用显著,囊泡变形规律受次级拓扑结构作用明显.     

PP与PA6共混相容性的分子、介观动力学模拟

运用分子动力学(MD)和介观动力学(Meso Dyn)方法,分别从微观和介观层面研究不同PP/PA6(10/90、30/70、50/50、70/30、90/10)共混比的相容性和结构相貌。MD模拟中比较Flory-Huggins参数(χAB)和临界作用参数(χC)以及分子间C-C原子对径向分布函数。结果显示:当PP/PA6混合比为10/90和90/10时相容性较好,其他混合比的相容性很差。为获得介观层次混合体系的相貌结构,运用Meso Dyn方法研究混合物平衡态的等密度图并计算混合物的有序度参数,结果发现:PP/PA6共混比为10/90和90/10时混合物有序度参数略小于0.1;而其他混合比体系的有序度参数都大于0.1,介观模拟得到的结果和微观模拟的结果高度一致,验证了计算机模拟的准确性。     

复杂物系的介观结构和DPD模拟

耗散粒子动力学(DPD)模拟方法是研究复杂物系介观结构的一种重要手段。首先简要介绍了DPD模拟方法。然后介绍了实际物系与DPD模型映射的2种方法,即Groot和Warren方法以及Pagonabarraga和Frenkel方法。最后对DPD模拟的理论和应用研究进展作了回顾。     

耗散系统中序形成的动力学模型

在经典动力学的框架内,序形成现象可以视为系统时间演化过程中约束的组织.从这一观点出发,提出了耗散系统中序形成的动力学模型.首先,对于既没有拉格朗日量也没有哈密顿量的耗散系统,推导了序形成的一般公式,其次,为了说明,借几个具有有限自由度的简单模型来阐述.最后,作为上述一般形式特殊情况一具有哈密顿量的动力学系统被讨论.     

有源介观耗散电路的库仑阻塞效应

基于介观电路的电荷是量子化的这一事实，应用正则量子化方案给出介观RLC电路的量子化方法和库仑阻塞条件，研究结果表明：存在耗散元件的介观电路的库仑阻塞效应不仅与电路的非耗散有关，而且与耗散电阻有关，随耗散电阻的增大，库仑阻塞现象更加明显。     

改进型耗散粒子群优化算法

通过对标准粒子群优化算法中惯性权重的分析和对耗散理论的研究,提出了一种惯性权重正弦调整的耗散粒子群优化算法(S-DPSO),并对该算法进行了深入的分析和研究.通过对4个典型函数的仿真测试,试验结果表明S-DPSO在收敛速度和全局收敛性方面都比标准粒子群优化算法、随机惯性权重粒子群优化算法、惯性权重正弦调整粒子群优化算法、耗散粒子群优化算法和随机惯性权重耗散粒子群优化算法有明显改进.理论分析和仿真试验验证了S-DPSO的正确性和有效性.     

有源介观耗散电路的库仑阻塞效应

基于介观电路的电荷是量子化的这一事实熏应用正则量子化方案给出介观RLC电路的量子化方法和库仑阻塞条件.研究结果表明押存在耗散元件的介观电路的库仑阻塞效应不仅与电路的非耗散有关熏而且与耗散电阻有关.随耗散电阻的增大熏库仑阻塞现象更加明显.