正则系综条件下空化空泡形成的分子动力学模拟

邱超; 张会臣

doi:10.7498/aps.64.033401

摘要

液体中空化现象的研究对减少空蚀破坏, 提高空化空泡的有效利用具有重要意义.本文采用分子动力学模拟的方法, 对正则系综条件下系统中空化的发生特性进行研究, 分析空化发生的机理, 讨论温度、数密度等因素对空化发生的影响, 并与格子Boltzmann方法进行了比较.模拟结果表明: 温度和数密度的变化, 都对系统中的空化产生显著影响.其中, 温度升高, 使系统中空化空泡的形成由稳定变得不稳定, 最终难以形成.数密度降低, 则会促进空化空泡的形成.随着数密度的减小, 温度对空化空泡形成的影响程度下降.

关键词:

空化 /
分子动力学 /
温度 /
数密度

Abstract

Research on cavitation is very significant for preventing cavitation erosion and for making use of bubbles effectively. Characteristics of cavitation in canonical ensemble are studied by molecular dynamics simulation. Effects of temperature and numerical density on cavitation are analyzed. Comparison with lattice Boltzmann method is also conducted. Simulation results indicate that the temperature and numerical density may affect cavitation remarkably. The formation of cavitation bubbles becomes unstable as the temperature increases, and even hard to occur. A lower numerical density makes cavitation bubble form easier. Moreover, as numerical density reduces, the temperature effect on cavitation becomes less.

Keywords:

作者及机构信息

邱超,
张会臣

1.
大连海事大学, 交通运输装备与海洋工程学院, 大连 116026

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51275064, 50975036)资助的课题.

Authors and contacts

1.
Transportation Equipments and Ocean Engineering College, Dalian Maritime University, Dalian 116026, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 51275064, 50975036).

参考文献

[1]	Li S J, Aung N Z, Zhang S Z 2013 Computers & Fluids 88 590
[2]	Liu X B, Zhang J R, Li P 2012 Chin. Phys. B 21 054301
[3]	Xie F, John L, Everbach C 2009 JACC: Cardiovascular Imaging 2 511
[4]	Zhang C B, Liu Z, Guo X S 2011 Chin. Phys. B 20 024301
[5]	Johnsen E, Colonius T 2008 J. Acoust. Soc. Am. 124 2011
[6]	Wang B, Xu J L, Zhang W 2011 Sensors and Actuators A: Physical 13 5
[7]	Servanta G, Caltagironea J P, Gérard A 2000 Ultrasonics Sonochemistry 7 217
[8]	Yang W G, Yang Z C, Wen K G 2012 Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics 44 694 (in Chinese) [杨武刚, 杨振才, 温凯歌 2012 力学学报 44 694]
[9]	Shi H H, Zhou H L, Wu Y 2012 Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics 44 49 (in Chinese) [施红辉, 周浩磊, 吴岩 2012 力学学报 44 49]
[10]	Jia M, Xie M Z, Liu H 2011 Fuel. 90 2652
[11]	Molina S, Salvador F J, Carreres M 2014 Energy Conversion and Management 79 114
[12]	Salvador F J, Martínez-López J, Romero J V 2013 Mathematical and Computer Modelling 57 1656
[13]	Wang X, Su W H 2010 Fuel. 89 2252
[14]	Mishra S K, Deymier P A, Muralidharan K 2010 Ultrasonics Sonochemistry 17 258
[15]	Zeng J B, Li L J, Liao Q 2011 Acta Phys. Sin. 60 066401 (in Chinese) [曾建邦, 李隆键, 廖全 2011 物理学报 60 066401]
[16]	Sun T, Li W Z 2013 Computers & Fluids 88 400
[17]	Gong S, Cheng P 2013 International Journal of Heat and Mass Transfer 64 122
[18]	Shi D Y, Wang Z K, Zhang A M 2014 Acta Phys. Sin. 63 174701 (in Chinese) [史冬岩, 王志凯, 张阿漫 2014 物理学报 63 174701]
[19]	Shi D Y, Wang Z K, Zhang A M 2014 Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics 46 224 (in Chinese) [史冬岩, 王志凯, 张阿漫 2014 力学学报 46 224]
[20]	Nagayama G, Tsuruta T, Cheng P 2006 International Journal of Heat and Mass Transfer 49 4437
[21]	Sekinea M, Yasuoka K, Kinjo T 2008 Fluid Dynamics Research 40 597
[22]	Gong B Z, Zhang B J 2009 Acta Phys. Sin. 58 1504 (in Chinese) [龚博致, 张秉坚 2009 物理学报 58 1504]
[23]	Fan M M, Tao D, Honaker R 2010 Mining Science and Technology 20 0001
[24]	Or D, Tuller M 2002 Water Resource Res. 38 19

施引文献

[1]	Li S J, Aung N Z, Zhang S Z 2013 Computers & Fluids 88 590
[2]	Liu X B, Zhang J R, Li P 2012 Chin. Phys. B 21 054301
[3]	Xie F, John L, Everbach C 2009 JACC: Cardiovascular Imaging 2 511
[4]	Zhang C B, Liu Z, Guo X S 2011 Chin. Phys. B 20 024301
[5]	Johnsen E, Colonius T 2008 J. Acoust. Soc. Am. 124 2011
[6]	Wang B, Xu J L, Zhang W 2011 Sensors and Actuators A: Physical 13 5
[7]	Servanta G, Caltagironea J P, Gérard A 2000 Ultrasonics Sonochemistry 7 217
[8]	Yang W G, Yang Z C, Wen K G 2012 Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics 44 694 (in Chinese) [杨武刚, 杨振才, 温凯歌 2012 力学学报 44 694]
[9]	Shi H H, Zhou H L, Wu Y 2012 Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics 44 49 (in Chinese) [施红辉, 周浩磊, 吴岩 2012 力学学报 44 49]
[10]	Jia M, Xie M Z, Liu H 2011 Fuel. 90 2652
[11]	Molina S, Salvador F J, Carreres M 2014 Energy Conversion and Management 79 114
[12]	Salvador F J, Martínez-López J, Romero J V 2013 Mathematical and Computer Modelling 57 1656
[13]	Wang X, Su W H 2010 Fuel. 89 2252
[14]	Mishra S K, Deymier P A, Muralidharan K 2010 Ultrasonics Sonochemistry 17 258
[15]	Zeng J B, Li L J, Liao Q 2011 Acta Phys. Sin. 60 066401 (in Chinese) [曾建邦, 李隆键, 廖全 2011 物理学报 60 066401]
[16]	Sun T, Li W Z 2013 Computers & Fluids 88 400
[17]	Gong S, Cheng P 2013 International Journal of Heat and Mass Transfer 64 122
[18]	Shi D Y, Wang Z K, Zhang A M 2014 Acta Phys. Sin. 63 174701 (in Chinese) [史冬岩, 王志凯, 张阿漫 2014 物理学报 63 174701]
[19]	Shi D Y, Wang Z K, Zhang A M 2014 Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics 46 224 (in Chinese) [史冬岩, 王志凯, 张阿漫 2014 力学学报 46 224]
[20]	Nagayama G, Tsuruta T, Cheng P 2006 International Journal of Heat and Mass Transfer 49 4437
[21]	Sekinea M, Yasuoka K, Kinjo T 2008 Fluid Dynamics Research 40 597
[22]	Gong B Z, Zhang B J 2009 Acta Phys. Sin. 58 1504 (in Chinese) [龚博致, 张秉坚 2009 物理学报 58 1504]
[23]	Fan M M, Tao D, Honaker R 2010 Mining Science and Technology 20 0001
[24]	Or D, Tuller M 2002 Water Resource Res. 38 19

[1]	包西程, 邢耀文, 张凡凡, 张德轲, 刘秦杉, 杨海昌, 桂夏辉. 基于亚稳态液膜空化的长程疏水力作用机制. 物理学报, 2024, 73(3): 036801. doi: 10.7498/aps.73.20231109
[2]	闻鹏, 陶钢. 温度对CoCrFeMnNi高熵合金冲击响应和塑性变形机制影响的分子动力学研究. 物理学报, 2022, 71(24): 246101. doi: 10.7498/aps.71.20221621
[3]	杨刚, 郑庭, 程启昊, 张会臣. 非牛顿流体剪切稀化特性的分子动力学模拟. 物理学报, 2021, 70(12): 124701. doi: 10.7498/aps.70.20202116
[4]	刘金河, 沈壮志, 林书玉. 机械搅拌对声空化动力学特性的影响. 物理学报, 2021, 70(22): 224301. doi: 10.7498/aps.70.20211244
[5]	王云天, 曾祥国, 杨鑫. 高应变率下温度对单晶铁中孔洞成核与生长影响的分子动力学研究. 物理学报, 2019, 68(24): 246102. doi: 10.7498/aps.68.20190920
[6]	王德鑫, 那仁满都拉. 耦合双泡声空化特性的理论研究. 物理学报, 2018, 67(3): 037802. doi: 10.7498/aps.67.20171805
[7]	马霞, 王静. 掺杂硅纳米梁谐振频率的理论模型及分子动力学模拟. 物理学报, 2017, 66(10): 106103. doi: 10.7498/aps.66.106103
[8]	鲁桃, 王瑾, 付旭, 徐彪, 叶飞宏, 冒进斌, 陆云清, 许吉. 采用密度泛函理论与分子动力学对聚甲基丙烯酸甲酯双折射性的理论计算. 物理学报, 2016, 65(21): 210301. doi: 10.7498/aps.65.210301
[9]	朱金荣, 范吕超, 苏垣昌, 胡经国. 温度、缺陷对磁畴壁动力学行为的影响. 物理学报, 2016, 65(23): 237501. doi: 10.7498/aps.65.237501
[10]	简小刚, 张允华. 温度对金刚石涂层膜基界面力学性能的影响. 物理学报, 2015, 64(4): 046701. doi: 10.7498/aps.64.046701
[11]	梁力, 谈效华, 向伟, 王远, 程焰林, 马明旺. 温度及深度对钛中氦泡释放过程影响的分子动力学研究. 物理学报, 2015, 64(4): 046103. doi: 10.7498/aps.64.046103
[12]	张宝玲, 宋小勇, 侯氢, 汪俊. 高密度氦相变的分子动力学研究. 物理学报, 2015, 64(1): 016202. doi: 10.7498/aps.64.016202
[13]	郭巧能, 曹义刚, 孙强, 刘忠侠, 贾瑜, 霍裕平. 温度对超薄铜膜疲劳性能影响的分子动力学模拟. 物理学报, 2013, 62(10): 107103. doi: 10.7498/aps.62.107103
[14]	沈壮志, 吴胜举. 声场与电场作用下空化泡的动力学特性. 物理学报, 2012, 61(12): 124301. doi: 10.7498/aps.61.124301
[15]	陈谷然, 宋超, 徐骏, 王旦清, 徐岭, 马忠元, 李伟, 黄信凡, 陈坤基. 脉冲激光晶化超薄非晶硅膜的分子动力学研究. 物理学报, 2010, 59(8): 5681-5686. doi: 10.7498/aps.59.5681
[16]	宁建平, 吕晓丹, 赵成利, 秦尤敏, 贺平逆, Bogaerts A., 苟富君. 样品温度对CF3+ 与Si表面相互作用影响的分子动力学模拟. 物理学报, 2010, 59(10): 7225-7231. doi: 10.7498/aps.59.7225
[17]	张鹏利, 林书玉. 声场作用下两空化泡相互作用的研究. 物理学报, 2009, 58(11): 7797-7801. doi: 10.7498/aps.58.7797
[18]	杨吉军, 徐可为. 多晶薄膜表面粗化与生长方式转变. 物理学报, 2007, 56(2): 1110-1115. doi: 10.7498/aps.56.1110
[19]	刘秀梅, 赵瑞, 贺杰, 陆建, 倪晓武. 10－6—10－4m2/s黏度液体中靶受力学作用的测试与分析. 物理学报, 2007, 56(11): 6508-6513. doi: 10.7498/aps.56.6508
[20]	杨全文, 朱如曾, 文玉华. 纳米铜团簇在常温和升温过程中能量特征的分子动力学研究. 物理学报, 2005, 54(1): 89-95. doi: 10.7498/aps.54.89

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