固体近表面流体拟有序层的分子动力学模拟研究

摘要

本文对微尺度热现象研究中引起广泛关注的附在固体壁面上液体薄膜的结构和输运性质进行了研究。利用分子动力学模拟研究了微观输运现象，比较系统地研究了固体壁面附近出现的拟有序液体层的结构、特性及对热量传输过程的影响。 本文主要研究内容如下： 1. 针对拟有序层模拟的具体特点，在常用的描述不同种类分子间相互作用的Lorentz-Berthelot势函数基础上，提出修正的固体分子和液体分子的作用势模型。引进新的修正参数可以方便地改变基底材料和流体的相互作用，利于讨论其对不同有序程度的影响。 2. 在全面查阅固体和液体薄膜的导热理论研究和实验资料的基础上，找出此类研究的特殊性及切入点，发现纳米尺度物件的热物性强烈的依赖于边界条件和尺寸。这对本文的模拟给予方向性指导，而且丰富的实验数据可以检验或佐证模拟结果。 3. 考虑到拟有序液体层的尺度特殊性，先对与拟有序层相同尺寸的液体薄膜进行模拟，得到边界条件和尺寸大小等因素对导热特性的影响规律，并结合模拟过程和手段给出解释。 4. 研究了拟有序层内分子的排列和运动特征、有序化程度及导热系数。并分别与液体和晶体做了比较。为使结果更加可信，针对不同尺寸、不同强度固液耦合作用形成的拟有序层作了一系列模拟，找出各因素对结果的影响规律。 5. 把拟有序层研究拓展到双平板作用形成的拟有序层（双固壁拟有序层）和纳米流体中的纳米颗粒添加剂表面形成的拟有序层（球面拟有序层）。探讨不同厚度，不同延展度的双固壁拟有序层内和不同直径的纳米颗粒表面的拟有序层内的分子排布，更具体地，用分子分布图分析了靠近和远离固体平板的分子分布和运动特征，并计算了导热系数，与前面研究的单固壁拟有序层作了比较，探讨了不同形状对拟有序层内的分子排布和输运性质的影响。