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耗散粒子动力学中Lees-Edwards边界条件的实施

2012-12-03金亚斌张明焜

同济大学学报(自然科学版) 2012年1期
关键词:区域

陈 硕,金亚斌,张明焜,尚 智

(1.同济大学 航空航天与力学学院,上海200092;2.高性能计算研究所,A*STAR,新加坡138632)

Lees-Edwards边界条件(简称LE)最初在分子动力学中模拟简单剪切流动[1],该边界条件的特点是在不需要固体壁面拖动的情况下在准无限大流体系统中获得定常的剪切率.

基于粒子的数值模拟方法中,密集排列的粒子一般会对近壁面区域内流体密度、温度等参量有一定的影响,进而影响到流动的主体.LE 方法在边界附近的区域内则不会出现物理参数的数值反常波动.LE 边界条件其原理也适合于基于粒子的其他模拟方法,最近Lorenz等[2],Wagner等[3]研究了LE边界条件在格子-波尔兹曼方法(简称LB)中的实施,并模拟了悬浮液的剪切流动等.

将从微观、介观到宏观不同层次及尺度的模拟联系起来正成为计算机模拟领域最富挑战性的重要课题.介观模拟更是一项为实现“第一原理预计物质宏观性质”奠定物理基础的关键技术[4],而发展适宜的介观尺度的流体模拟技术是近年来国际计算机模拟领域的热点[5],其特征为在分子尺度上进行粗粒化处理(即忽略最细节的分子结构),而在介观尺度上捕捉流体的物理特性.

耗散粒子动力学(简称DPD)是一门新兴的基于粒子的介观尺度数值模拟技术,于1992 年首次由Hoogerbrugge和Koelman提出[6].尽管DPD 不如LB计算省时,但是DPD 比LB 灵活得多,尤其不会象LB那样在很多情况下出现数值不稳定性[7].另一方面,DPD 又可以理解为宏观的微分流动控制方程在小尺度上的随机描……

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